SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - COnnecting REpositories · 2017. 12. 1. · METODIČKO KONSTRUIRANJE...

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

DIPLOMSKI RAD

Dino Math

Zagreb, 2015. godina.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

DIPLOMSKI RAD

Mentor: Student:

Doc.dr.sc Damir godec, dipl.ing Dino Math

Zagreb, 2015. godina.

Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristeći stečena znanja tijekom studija i

navedenu literaturu.

Zahvaljujem najviše svome mentoru doc. dr.sc. Damiru Godecu, što mi je pružio veliku

pomoć kod odabira teme za magistarski rad i na ukazanom strpljenju i mnogim drugim

korisnim savjetima tijekom izrade ovog diplomskog rada. Zahvaljujem se i svim kolegama s

kojima sam imao privilegiju studirati. Zahvala ide i mojim roditeljima koji si me podržavali

tijekom preddiplomskog i diplomskog studija,

Dino Math

Dino Math Diplomski rad

Fakultet strojarstva i brodogradnje I

SADRŽAJ

SADRŽAJ ................................................................................................................................... I

POPIS SLIKA .......................................................................................................................... IV

POPIS TABLICA ..................................................................................................................... VI

POPIS OZNAKA .................................................................................................................... VII

SAŽETAK ............................................................................................................................. XIII

SUMMARY .......................................................................................................................... XIV

1. UVOD .................................................................................................................................. 1

2. INJEKCIJSKO PREŠANJE POLIMERA ........................................................................... 2

2.1. Općenito ....................................................................................................................... 2 2.2. Linija za injekcijsko prešanje ....................................................................................... 2

3. KALUP ZA INJEKCIJSKO PREŠANJE PLASTOMERA ................................................ 9

3.1. Funkcija kalupa za injekcijsko prešanje polimera ....................................................... 9 3.2. Elementi kalupa za injekcijsko prešanje .................................................................... 10

3.2.1. Kalupna šupljina ................................................................................................. 10 3.2.2. Kućište kalupa ..................................................................................................... 12

3.2.2.1. Pravokutna kućišta kalupa ........................................................................... 13 3.2.2.2. Okrugla kućišta kalupa ................................................................................ 15

3.2.3. Uljevni sustav ...................................................................................................... 16 3.2.3.1. Čvrsti uljevni sustav ..................................................................................... 17 3.2.3.2. Vrući uljevni sustav ..................................................................................... 18

3.2.4. Sustav za temperiranje kalupa ............................................................................ 21 3.2.5. Sustav za vađenje otpreska iz kalupa .................................................................. 22

3.2.5.1. Vađenje otpreska iz kalupa pomoću izbacivala ........................................... 22

3.2.5.2. Sustavi za vađenje otpreska iz kalupa s pomoću stlaćenog zraka ............... 23 3.2.5.3. Sustavi za vađenje iz kalupa otpresaka s podrezima ................................... 24

3.2.6. Sustav za vođenje i centriranje kalupa ................................................................ 25 3.2.7. Sustav za odzračivanje kalupa ............................................................................ 26

4. METODIČKO KONSTRUIRANJE KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREŠANJE

PLASTOMERA ................................................................................................................. 27

4.1. Faza razrade koncepcije kalupa ................................................................................. 27

4.1.1. Prethodno načelno određivanje položaja otpreska u kalupu ............................... 29 4.1.2. Određivanje broja kalupnih šupljina ................................................................... 29

4.1.3. Određivanje rasporeda kalupnih šupljina ............................................................ 29 4.1.4. Načelno određivanje kućišta kalupa ................................................................... 30 4.1.5. Procjena izmjera kalupa ...................................................................................... 30

4.1.6. Načelno određivanje uljevnog sustava i ušća ..................................................... 30 4.1.7. Načelno određivanje sustava za temperiranje kalupa ......................................... 30

4.1.8. Načelno određivanje sustava za vađenje otpreska iz kalupa............................... 31

4.1.9. Načelno određivanje sustava za vođenje i centriranje elemenata kalupa ........... 31 4.1.10. Načelno određivanje sustava za odzračivanje kalupne ....................................... 31 4.1.11. Načelno određivanje posebnih elemenata kalupa ............................................... 31


Fakultet strojarstva i brodogradnje II

4.1.12. Optimiranje ostvarivih kombinacija načelnih rješenja parcijalnih funkcija kalupa 39

4.1.13. Provjera položaja otpreska u kalupu ................................................................... 40 4.1.14. Procjena troškova izradbe kalupa ....................................................................... 40

4.2. Dimenzioniranje elemenata kalupa ............................................................................ 40 4.2.1. Reološki proračuna kalupa .................................................................................. 42

4.2.1.1. Određivanje potrebnog pritiska u kalupnoj šupljini..................................... 42

4.2.1.2. Dimenzioniranje uljevnog sustava kalupa i proračun pada pritiska u

uljevnom sustavu ......................................................................................... 42 4.2.1.3. Određivanje izmjera uljevnog sustava ......................................................... 42 4.2.1.4. Proračuna pada tlaka u uljevnom sustavu .................................................... 43

4.2.2. Toplinski proračun kalupa .................................................................................. 45 4.2.3. Mehanički proračuna kalupa ............................................................................... 53

4.3. Završne aktivnosti konstruiranja kalupa .................................................................... 55

5. PRORAČUN NEPOTPUNE CIJENE KOŠTANJA OTPRESKA ................................... 56

5.1. Struktura cijene proizvoda ......................................................................................... 56 5.2. Struktura nepotpune cijene koštanja otpreska [6] ...................................................... 56

5.2.1. Troškovi konstruiranja kalupa ............................................................................ 57

5.2.1.1. Razvoj otpreska [6] ...................................................................................... 57 5.2.1.2. Postupak konstruiranja kalupa [6] ............................................................... 57 5.2.1.3. Određivanje troškova konstruiranja kalup [6] ............................................. 57

5.2.2. Troškovi izradbe kalupa ...................................................................................... 58

5.2.2.1. Cijena kalupa [6] .......................................................................................... 58 5.2.2.2. Postupci određivanja cijene kalupa [6] ........................................................ 59

5.2.3. Troškovi kontrole i probnog rada kalupa [6] ...................................................... 59

5.2.3.1. Kontrola i dorada kalupa .............................................................................. 59 5.2.3.2. Probni rad kalupa ......................................................................................... 61

5.2.4. Trošak eksploatacije kalupa [6] .......................................................................... 61 5.2.4.1. Održavanje kalupa ....................................................................................... 61 5.2.4.2. Cijena materijala za jedan otpresak ............................................................. 63 5.2.4.3. Trošak rada ubrizgavalice ............................................................................ 63

5.2.4.4. Trošak rada radnika...................................................................................... 64 5.2.4.5. Proizvodna cijena jednog otpreska proizvodne serije .................................. 64 5.2.4.6. Prosječna cijena otpreska probne (nulte) i proizvodne serije ...................... 64

5.2.5. Nepotpuna cijena koštanja po otpresku .............................................................. 65

6. METODIČKO KONSTRUIRANJE KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREŠANJE

PLASTOMERNE MASKE ZA MOBITEL ...................................................................... 66

6.1. Uvod ........................................................................................................................... 66

6.2. Koncepcijsko oblikovanje kalupa .............................................................................. 68

7. PRORAČUN KALUPA .................................................................................................... 76

7.1. Provjera tehničnosti otpreska i simulacija procesa .................................................... 77 7.1.1. Reološki proračuna kalupa .................................................................................. 83

7.1.1.1. Određivanje potrebnog tlaka u kalupnoj šupljini ......................................... 83

7.1.2. Proračun sile držanja kalupa ............................................................................... 83 7.1.3. Proračun vremena hlađenja otpreska .................................................................. 84

7.1.4. Proačun temperatura ciklusa injekcijskog prešanja ............................................ 86 7.1.5. Temperatura i toplinska svojstva medija za temperiranje ................................... 87


Fakultet strojarstva i brodogradnje III

7.1.6. Proračun toplinske bilance kalupa ...................................................................... 88 7.1.6.1. Toplina koju plastomerna taljevina dovede kalupu ..................................... 88

7.1.6.2. Toplina koju kalup razmijeni s okolinom .................................................... 89 7.1.7. Dimenzioniranje sustava za temperiranje kalupa................................................ 90 7.1.8. Brzina protoka medija za temperiranje [11] ....................................................... 92

7.2. Mehanički proračuna kalupa ...................................................................................... 95 7.2.1. Proračun kinematike kalupa ................................................................................ 95

7.2.2. Sila vađenja otpreska iz kalupa ........................................................................... 96 7.2.3. Proračun krutosti kalupa u smjeru otvaranja....................................................... 96

8. PRORAČUN NEPOTPUNE CIJENE KOŠTANJA OTPRESKA ................................... 97

8.1. Osnovni podaci .......................................................................................................... 97 8.2. Troškovi konstruiranja ............................................................................................... 98 8.3. Troškovi izrade kalupa ............................................................................................... 98 8.4. Troškovi održavanja za jedan otpresak .................................................................... 101 8.5. Troškovi probne (nulte) serije .................................................................................. 102

8.5.1. Cijena materijala za probnu seriju .................................................................... 102 8.5.2. Cijena ubrizgavalice za probnu seriju ............................................................... 102 8.5.3. Cijena rada za probnu seriju ............................................................................. 102

8.5.4. Proizvodna cijena otpresaka probne serije ........................................................ 103 8.6. Troškovi proizvodnje ............................................................................................... 103

8.6.1. Cijena materijal za proizvodnu seriju ............................................................... 103

8.6.2. Cijena ubrizgavalice za proizvodnu seriju ........................................................ 103

8.6.3. Cijena rada za proizvodnu seriju ....................................................................... 104 8.6.4. Proizvodna cijena otpresaka proizvodne serije ................................................. 104 8.6.5. Prosječna cijena otpreska probne (nulte) i proizvodne serije ........................... 104

9. ZAKLJUČAK .................................................................................................................. 106

10. LITERATURA ................................................................................................................ 107

11. PRILOZI .......................................................................................................................... 108

11.1. CD-R disc ................................................................................................................. 108 11.2. Radionički crtež maske za mobitel .......................................................................... 108 11.3. Vizualni prikaz kalupa za injekcijsko prešanje zadanog otpreska ........................... 108

11.4. Crtež kalupa ............................................................................................................ 108


Fakultet strojarstva i brodogradnje IV

POPIS SLIKA

Slika 2.1 Ubrizgavalica [1] ......................................................................................................... 3 Slika 2.2 Kalup za injekcijsko prešanje plastomera [1] ............................................................. 5 Slika 2.3 Tijek tlaka u dijagramu p-v-T [3] ............................................................................... 7 Slika 3.1 Kalup za injekcijsko prešanje sa osnovnim dijelovima [4] ......................................... 9

Slika 3.2 Elementi kućišta kalupa [5] ....................................................................................... 13 Slika 3.3 Europa sustav spajanja ploča kućišta kalupa[5],[6] .................................................. 14 Slika 3.4 Standardni sustav spajanja ploča kućišta kalupa [5],[6] ........................................... 14

Slika 3.5 N tip ploča kućišta kalupa [5] ................................................................................... 15 Slika 3.6 Q tip ploča kućišta kalupa [5] ................................................................................... 15 Slika 3.7 Okruglo kućište kalupa [5] ........................................................................................ 16 Slika 3.8 Elementi čvrstog uljevnog sustava [9] ...................................................................... 18 Slika 3.9 Kalup s vrućim uljevnim sustavom: a) mlaznica s ventilom, b) otvorena mlaznica [5]

............................................................................................................................... 18 Slika 3.10 Najčešći oblici izbacivala [8] .................................................................................. 23 Slika 3.11 Kalup s kliznicima i kosim izvlačilima ................................................................... 25

Slika 3.12 Sustav za odzračivanje kalupa[6] ............................................................................ 26 Slika 4.1 Temeljne faze konstruiranja kalupa za injekcijsko prešanje plastomera [3] ............ 27 Slika 4.2 Aktivnosti faze razrade koncepcije kalupa [6] .......................................................... 28

Slika 4.3 Dijagram za načelno određivanje položaja otpreska u kalupu [5] ............................ 32

Slika 4.4 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje kućišta kalupa [5] ............................ 33

Slika 4.5 Dijagram za načelno određivanje uljevnog sustava i ušća [5] .................................. 34 Slika 4.6 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za temperiranje kalupa [5] .. 35

Slika 4.7 Dijagram za načelno određivanje sustava za vađenje grozda iz kalupa [5] .............. 36 Slika 4.8 Dijagram za načelno određivanje sustava za vođenje i centriranje [5] ..................... 37 Slika 4.9 Dijagram za načelno određivanje sustava za ozračivanje kalupa[5] ......................... 38

Slika 4.10 Faza dimenzioniranja elemenata kalupa[5] ............................................................ 41 Slika 4.11 Kriteriji određivanja temperature postojanosti oblika otpreska [5] ........................ 47 Slika 4.12 Analiza ciklusa injekcijskog prešanja [1] ............................................................... 48

Slika 4.13 Temperaturno polje stijenke kalupne šupljine [5] ................................................... 49 Slika 4.14 Toplinska bilanca kalupa [5] ................................................................................... 51

Slika 4.15 Debljina stijenke kalupne šupljine [11] .................................................................. 52

Slika 5.1 Ovisnost pouzdanosti i učestalosti kvarova kalupa o vremenu [6] ........................... 62

Slika 6.1 3D model maske ........................................................................................................ 66 Slika 6.2 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje položaja otpreska u kalupu .............. 69 Slika 6.3 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje kućišta kalupa .................................. 70

Slika 6.4 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje uljevnog sustava i ušća .................... 71 Slika 6.5 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za temperiranje ................... 72

Slika 6.6 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za vađenje otpreska ............. 73 Slika 6.7 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za vođenje i centriranje ...... 74 Slika 6.8Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za odzračivanje kalup .......... 75

Slika 7.1 Vrijeme punjenja kalupne šupljine ........................................................................... 77 Slika 7.2 Kvalieta ispunjenja kalupne šupljine ........................................................................ 77

Slika 7.3 Predviđena kvaliteta otpreska ................................................................................... 78

Slika 7.4 Tlak u kalupnoj šupljini ............................................................................................ 78 Slika 7.5 Razdioba pada tlaka u uljevnom sustavu i kalupnim šupljinama ............................. 79


Fakultet strojarstva i brodogradnje V

Slika 7.6 Razdioba temperature čela taljevine ......................................................................... 79 Slika 7.7 Prosječna temperatura ............................................................................................... 80

Slika 7.8 Linije spajanja – uključine zraka .............................................................................. 80 Slika 7.9 Procjena pojava udubina ........................................................................................... 81 Slika 7.10 Kvaliteta hlađenja ................................................................................................... 81 Slika 7.11 Temperaturna varijanca ........................................................................................... 82 Slika 7.12 Varijanca vremena hlađenja .................................................................................... 82

Slika 7.13 P - v- t dijagram za SABIC PP 571 P ..................................................................... 83 Slika 8.1 Umetci desno, pomična strana;umetci lijevo nepomična strana ............................. 100 Slika 11.1 Model kalupa 1 ...................................................................................................... 109 Slika 11.2 Model kalupa 2 ...................................................................................................... 109

Slika 11.3 Model kalupa 3 ...................................................................................................... 109


Fakultet strojarstva i brodogradnje VI

POPIS TABLICA

Tablica 2.1 Faze injekcijskog prešanja [2] ................................................................................ 4 Tablica 3.1 Temeljni slučajevi rasporeda kalupnih šupljina [5] .............................................. 11 Tablica 3.2 Veličine koje utječu na uljevni sustav [7] ............................................................. 17 Tablica 3.3 Sistematizacija čvrstih ušća [5] ............................................................................. 19

Tablica 4.1 Međusobni utjecaj parcijalnih funkcija kalupa na mogućnost njihovog

ostvarivanja [5] ...................................................................................................... 39 Tablica 4.2 Preporuke za okvirne izmjere tunelnih ušća [5] .................................................... 43

Tablica 4.3 Koeficijenti unutrašnjosti i oblika za različite oblike otpreska [5] ...................... 47 Tablica 5.1 Struktura cijene koštanja otpreska [6] ................................................................... 56 Tablica 6.1 Svojstva PP 571 P [12] .......................................................................................... 67 Tablica 6.2 Izmjere otpreska .................................................................................................... 68 Tablica 7.1 Karakteristike ubrizgavalice [13] ......................................................................... 76

Tablica 7.2 Podatci za reološki proračun kalupa ...................................................................... 84 Tablica 7.3 Podatci za proračun vremena hlađenja .................................................................. 84 Tablica 7.4 Karakteristike medija za temperiranje ................................................................... 88

Tablica 8.1 Podatci i dijelovima kalupa i njihovim cijenama .................................................. 99


Fakultet strojarstva i brodogradnje VII

POPIS OZNAKA

Oznaka Veličina Jedinica A1 AKS AKT AO Ai Akš Au a a1 a2 a3 aef aw HKS BK b b1 b2 b3 bK bP bo btp bs CZ Cizi Cm Cm,ser Cmo CmPS Co Co,ser Co,serOD Com CoPR CoPS Cr Cr,ser Crki Cro CrPS

- površina jedne stranice kalupa - tlocrtna površina steznih ploča ubrizgavalice - površina kanala za temperiranje - površina elemenata kalupne šupljine u dodiru s otpreskom - poprečni presjek izbacivala - površina projekcije kalupne šupljine u smjeru otvaranja kalupa - površina poprečnog presjeka ušća - razmak između središnje osi gornjih vodilica i vodoravne osi ubrizgavalice - koeficijent - koeficijent za izračunavanje razlike entalpija - koeficijent za izračunavanje razlike entalpija - efektivna toplinska difuznost - toplinska difuznost vode - širina steznih ploča kalupa - širina kalupnih ploča - razmak između kanala za temperiranje - koeficijent - koeficijent za izračunavanje razlike entalpija - koeficijent za izračunavanje razlike entalpija - toplinska prodornost materijala elemenata kalupa koji oblikuju

kalupnu šupljinu - toplinska prodornost plastomerne taljevine - širina otpreska - razmak između odstojnih letvi kalupa - širina segmenta - zračivost apsolutno crnog tijela - prosječna cijena radnog sata obradbe - ukupna jedinična cijena materijala - ukupna cijena materijala za proizvodnu seriju - cijena materijala za jedan otpresak - ukupna cijena materijala za probnu seriju - konačna, nepotpuna cijena koštanja po otpresku - proizvodna cijena jednog otpreska proizvodne serije - troškovi održavanja za jedan otpresak - jedinična cijena osnovnog materijala - prosječna cijena otpreska probne (nulte) i proizvodne serije - proizvodna cijena jednog otpreska probne serije - jedinična cijena regenerata - ukupni trošak rada za proizvodnu seriju - cijena radnog sata za pojedinu fazu konstruiranja - trošak rada za jedan otpresak

m2 m2 m2 m2 m2 m2 m2 m m2s-1K-1 - - m2/s m2/s m m m m2s-1K-1 - - Ws1/2m-2K-1

Ws1/2m-2K-1

m m m W/ m2K kn kn/kg kn kn kn kn kn kn kn/kg kn kn kn/kg kn kn kn kn


Fakultet strojarstva i brodogradnje VIII

Crs Cru Cs,ser

Csdi Cso CsPS Cz cK cP cw Dh d duš dm dn dpv duk dvj Er Es F2 FO Fd Ft Fu f f1 f2 fmax ftp G GOR HK HUmax h h1 h2 hOK hUmin hd hdi hg hi ho hop

- ukupni trošak rada za probnu seriju - cijena radnog sata radnika - cijena radnog sata ubrizgavalice - cijena ubrizgavalice za proizvodnu seriju - cijena pojedinog standardnog elementa - cijena ubrizgavalice za jedan otpresak - cijena ubrizgavalice za probnu seriju - zračivost apsolutno crnog tijela - specifični toplinski kapacitet materijala kalupnih ploča - specifični toplinski kapacitet polimera - specifični toplinski kapacitet vode - hidraulički promjer segmenta uljevnog sustava - promjer segmenta uljevnog sustava - srednji promjer ušća - srednji promjer vodeće plohe - promjer mlaznice - promjer pužnog vijka - promjer uljevnog kanala - vanjski promjer jezgre - modul rastezljivosti - modul savitljivosti - sila okomita na F1 - sila otvaranja kalupa - sila držanja kalupa - sila trenja po obodu jezgre - sila ubrizgavanja - faktor tečenja materijala - progib dna ploče - progib stranice kalupne ploče - maksimalni progib stijenke kalupne šupljine - dopušteni progib temeljne ploče - modul smičnosti materijala stijenke kalupne šupljine - organizacijski gubici prototipne serije - visina kalupnih ploča - maksimalni razmak steznih ploča ubrizgavalice - izmjera kalupne šupljine na kojoj djeluje tlak u kalupnoj šupljini - specifična entalpija pri prosječnoj temperaturi otpreska u trenutku

njegova napuštanja kalupa - specifična entalpija pri temperaturi i tlaku preradbe - potrebno otvaranje kalupa - minimalni potrebni razmak steznih ploča ubrizgavalice - dodatno otvaranje kalupa - dopunski (sigurnosni) hod izbacivala - visina grozda - duljina puta izbacivala - visina otpreska

kn/h kn/h kn kn kn kn W/m2K J/kgK J/kgK J/kgK m m m m m m m m N/m2 N/m2 N N N N N - m m m m N/m2 h m m m J/kg J/kg m m m m m m m m


Fakultet strojarstva i brodogradnje IX

htp hu KO KOT KU LK LKS Ls lKT luš lj ln ls luk lus ltp m mK mg mo mus

nK nKT nKU nizi nr nrki nsdi nser nserPS nuk PPef PVS Pg Ph Pr Prw pK pKx pO pR pT pu QK Qn q

- visina otpreska u pomičnom dijelu kalupa - debljina (visina) temeljne ploče - visina uljevka - koeficijent oblika otpreska - konstanta plastomernog materijala - koeficijent unutrašnjosti otpreska - duljina kalupa - duljina stezne ploče kalupa - duljina segmenta - duljina kanala za temperiranje - duljina ušća - duljina jezgre - duljina mlaznice - srednji put tečenja - duljina uljevnog kanala - duljina segmenta uljevnog sustava - duljina temeljne ploče - eksponent tečenja plastomerne taljevine - masa kalupa - masa grozda - masa otpreska - masa uljevnog sustava - broj kalupnih šupljina - broj kanala za temperiranje - broj umetaka u kalupnoj šupljini - broj sati pojedine operacije obradbe - broj radnika - broj radnih sati za pojedinu fazu konstruiranja - količina pojedinog standardnog elementa - veličina serije - veličina probne serije - ukupna količina otpresaka - efektivno potrebna snaga pumpe - instalirana snaga vrućeg uljevnog sustava - snaga (učin) grijanja - snaga (učin) hlađenja - Prandtlova značajka - Prandtlova značajka vode - tlak u kalupnoj šupljini - pritisak u kalupnoj šupljini u smjeru otvaranja kalupa - okolišni tlak - predtlak u kalupnoj šupljini - tlak plastomerne taljevine - pritisak ubrizgavanja - težina kalupa - veličina serije otpresaka

m m - kg/m s1-m - m m m m m m m m m m m - kg kg kg kg - - - h - h kom kom kom kom W W W W - - Pa N/m2 Pa N/m2 N/m2 N/m2 N kom W


Fakultet strojarstva i brodogradnje X

qw qP qmax qmin qv Re Rew SL SV Sot Su Sus s sI sK so sp T0ser TD TK TKT TM TO TOK TP TPO TS TT TUK TVK Tg Tiz Tom Tsd TserOD tc tč th tid tmp tmr tnp tos tp ̅p

tpz

- prosječni toplinski tok - protok vode za temperiranje - količina prerađenog plastomernog materijala - maksimalni toplinski tok između kanala za temperiranje i otpreska - minimalni toplinski tok između kanala za temperiranje i otpreska - obujamni protok plastomerne taljevine - Reynoldsov broj - Reynoldsov broj vode - skupljanje - stezanje - ploština otpres(a)ka - predvidivi dio škarta - ploština uljevnog sustava - faktor sigurnosti - debljina izolacijske ploče - debljina stijenke kalupne šupljine - debljina stijenke otpreska - debljina stijenke kalupne ploče - troškovi održavanja kalupa za seriju - dodirna temperatura - temperatura stijenke kalupne šupljine - temperatura stijenke kanala za temperiranje - temperatura medija za temperiranje - temperatura okoline - temperatura otvaranja kalupa - temperatura podešavanja kalupa - temperatura postojanosti oblika - skrutište plastomera - temperatura plastomerne taljevine - ukupni troškovi izradbe kalupa - temperatura vanjske stijenke kalupa - staklište - ukupna cijena obradbe kalupa - ukupna cijena osnovnog materijala nestandardnih elemenata kalupa - ukupna cijena standardnih elemenata kalupa - predviđeni troškovi održavanja kalupa za proizvodnu seriju - vrijeme ciklusa injekcijskog prešanja - vrijeme čišćenja kalupa - vrijeme hlađenja otpreska - dopunsko vrijeme vađenja otpreska - vrijeme približavanja mlaznice - vrijeme vraćanja mlaznice ubrizgavalice u početni položaj - vrijeme djelovanja naknadnog pritiska u kalupnoj šupljini - strojno vrijeme otvaranja kalupa - pomoćno vrijeme ciklusa injekcijskog prešanja - srednje vrijeme između dva zastoja

m3/s m3/s W W m3/s - - % % m2 % m2 - m m m m kn K K K K K K K K K K kn K K kn kn kn kn s s s s s s s s s h h


Fakultet strojarstva i brodogradnje XI

tu tz tzs Vo Vu v v vu xKT xk xs αM αSt* αn αvp β β V* β max β min ΔTMK Δpuš Δpn Δpus Δpulj Δpuk Δps Δpumin Δpsu εdop εkrit εz øM øO øP øPD øSlj ϕSt øV ̇ η ηVS ηp

- pripremno – završno vrijeme - vrijeme ubrizgavanja - vrijeme zagrijavanja kalupa - strojno vrijeme zatvaranja kalupa - obujam otpreska - obujam ubrizgavanja - brzina tečenja plastomerne taljevine - srednja brzina tečenja čela taljevine - brzina ubrizgavanja - faktor površine kanala za temperiranje - neimenovani broj - faktor simetričnosti izmjene topline - toplinska prijelaznost medija za temperiranje - korigirani koeficijent toplinske prijelaznosti (obuhvaća zračenje i konvekciju) - kut uspona navoja - kut vodećeg utora - temperaturni koeficijent - korigirani faktor proporcionalnosti - maksimalni kut izotermi - minimalni kut izotermi - temperaturni gradijent - pad pritiska u ušću - pad pritiska u mlaznici ubrizgavalice - pad pritiska u uljevnom sustavu - pad pritiska u uljevku - pad pritiska u uljevnom kanalu - pad pritiska u segmentu kalupne šupljine - minimalni potrebni pritisak ubrizgavanja - ukupni pad pritiska u uljevnom sustavu i kalupnoj šupljini - dopuštena deformacija (izvijanje) izbacivala - kritična deformacija izbacivala - sposobnost zračenja kalupnih ploča - toplina izmijenjena s medijem za temperiranje u jedinici vremena - toplina izmijenjena s okolinom u jedinici vremena - toplina koju plastomer preda kalupu u jedinici vremena - toplinski tok dovođenja topline - toplina izmijenjena zračenjem i konvekcijom kroz sljubnicu kalupa u jedinici vremena - toplina izmijenjena zračenjem i konvekcijom kroz stranice kalupa u jedinici vremena - toplina izmijenjena provođenjem kroz nosače kalupa ubrizgavalice u jedinici vremena - smična brzina plastomerne taljevine - smična viskoznost - korisnost vrućeg uljevnog sustava

s s s m3 m3 m/s m/s m/s - - - W/m2K W/m2K ° ° W/m2K W/m2K ° ° K N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 % % - W W W W W W W s-1 Pas - -


Fakultet strojarstva i brodogradnje XII

τ

φ λI λK λP λi λw µ µp ν νw ρ ρA ρK ρM ρT ρw σdop τdop ξ

- korisnost pumpe - koeficijent oblika segmenta uljevnog sustava - toplinska provodnost izolacijske ploče - toplinska provodnost materijala kalupa - toplinska provodnost polimera - toplinska provodnost i-tog sloja kalupa - toplinska provodnost vode - faktor trenja između plastomernog materijala i elemenata kalupne šupljine - pouzdanost postupka - Poissonov faktor - kinematička viskoznost vode za temperiranje - kut trenja - gustoća komponente mješavine medija za temperiranje - gustoća materijala kalupnih ploča - gustoća medija za temperiranje - gustoća polimerne taljevine - gustoća vode - dopušteno savojno naprezanje kalupnih ploča - dopušteno smično naprezanje kalupnih ploča

- W/mK W/mK W/mK W/mK W/mK - % - m2/s ° kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2


Fakultet strojarstva i brodogradnje XIII

SAŽETAK

U ovome diplomskom radu prikazan je i objašnjen postupak injekcijskog prešanja. Prikazan

je pregled svih standardnih dijelova kalupa za injekcijsko prešanje te je objašnjena njihova

funkcija. S obzirom na to da se pri razvoju kalupa može služiti metodičkim pristupom,

također je objašnjeno i opisano metodičko konstruiranje kalupa za injekcijsko prešanje.

Provedeni su reološki, toplinski i mehanički proračuni kalupa, kao i proračun koštanja

zadanog otpreska. Provedena je i simulacija punjenja kalupne šupljine.

Ključne riječi: Injekcijsko prešanje, metodičko konstruiranje, proračun, simulacija


Fakultet strojarstva i brodogradnje XIV

SUMMARY

In this thesis the process of injection moulding is represented and explained. A review of the

standard parts of the injection mould is made and their function is explained. In the

construciton of a mold we can approach from a methodological side and this methodological

side is explained. Rheological, thermal and mechanical calculations have been made, as well

as the budget cost for the molded part. A filling simulation for the part has been done.

Key words: Budget cost, calculation,injection moulding, methodological side


Fakultet strojarstva i brodogradnje 1

1. UVOD

Najvažniji ciklički postupak prerade polimera je injekcijsko prešanje polimera. Sustav za

injekcijsko prešanje ima više dijelova, a središnji dio čini kalup. Najveća prednost

injekcijskog prešanja je što se kompleksni proizvodi mogu napraviti u jednom komadu. Kalup

je vitalan i najvažniji dio sustava za injekcijsko prešanje s obzirom na broj funkcija i važnost

istih. Zbog mnogih zahtjeva koje mora zadovoljiti i funkcija koje mora izvršiti u procesu

injekcijskog prešanja, pridodaje mu se najviše pažnje. O kvaliteti njegove konstrukcije i

izrade ovisi i kvaliteta proizvoda - otpreska. Metodičkim konstruiranjem se osnovna funkcija

kalupa raščlanjuje na finije strukture.



2. INJEKCIJSKO PREŠANJE POLIMERA

2.1. Općenito

Injekcijsko prešanje polimera ciklički je postupak praoblikovanja ubrizgavanjem polimerne

tvari potrebne smične viskoznosti iz jedinice za pripremu i ubrizgavanje u temperiranu

kalupnu šupljinu. Tvorevina, otpresak, postaje polireakcijom i/ili umreživanjem, geliranjem

i/ili hlađenjem podobnom za vađenje iz kalupne šupljine. [1]

Injekcijski se mogu prešati niskoviskozne kapljevine (npr. epoksidne smjese ili smjese za

proizvodnju integralnih poliuretanskih pjenastih tvorevina ili polimerne taljevine (povišena

smična viskoznost). Otpresci mogu biti raličitih veličina , mase manje od miligrama do

približno 180 kg. Injekcijsko prešanje prikladno je za proizvodnju vrlo kompliciranih

otpresaka visoke dimenzijske stabilnosti (tolerancija od nekoliko mikrometara).

Zbog dostignutoga visokog stupnja automatiziranosti, moguća je neprekinuta proizvodnja

dvadeset i četiri sata na dan, sedam dana u tjednu. Moguće je načiniti otpreske u više boja,

kombinaciju krutoga i savitljivog dijela otpreska (tvrdo – meko), integralne pjenaste tvorevine

itd. [1]

2.2. Linija za injekcijsko prešanje

Sustav za injekcijsko prešanje sastoji se od ubrizgavalice, kalupa i temperirala kalupa. Sama

ubrizgavalica se pak sastoji od četiri jedinice: jedinice za pripremu i ubrizgavanje taljevine,

jedinice za zatvaranje kalupa, pogonske jedinice i jedinice za vođenje i reguliranje. [1]

Slika 2.1 prikazuje ubrizgavalicu. Faze postupka injekcijskog prešanja objašnjene su u tablici

2.1.



Slika 2.1 Ubrizgavalica [1]

Dijelovi ubrizgavalice su : 1 – matica za namještanje visine kalupa, 2 – priječnica, 3 –

uporišna ploča, 4 – pomični nosač kalupa, 5 – nepomični nosač kalupa, 6 – kutne poluge, 7 –

hidraulički cilindar, 8 – vodeći zatik, 9 – izbacivalo, 10 – priključak, 11 – gipka cijev, 12 –

kalupna šupljina, 13 – pomični dio kalupa, 14 – nepomični dio kalupa, 15 – kanal za

temperiranje, 16 – pojasno grijalo, 17 – mlaznica, 18 – sabirnica, 19 – cilindar za taljenje, 20

– pužni vijak, 21 – lijevak, 22 – pogonski mehanizam pužnog vijka, 23 – hidraulički stap, 24

– cilindar za ubrizgavanje, 25 – pokretački slog – uklopni palac, 26 – stražnja krajnja sklopka,

27 – prednja krajnja sklopka; H – hod pužnog vijka, T – temperiralo [1]



Tablica 2.1 Faze injekcijskog prešanja [2]

Injekcijsko prešanje - faza 1

Polimerni prah ili granule doziraju

se kroz lijevak i dospijevaju u

cilindar gdje ih zahvaća pužni vijak.

Toplina dovedena grijalima i ona

dobivena vrtnjom pužnoga vijka,

zagrijavaju i tale polimerni

materijal.


Tijekom pripreme polimerna

taljevina sakuplja se ispred vrha

pužnog vijka koji biva potisnut

unatrag.


Kada se pripremi dovoljno

polimerne taline, zaustavlja se

rotacija pužnoga vijka nakon čega

hidraulički sustav potiskuje pužni

vijak i dolazi do ubrizgavanja taline

u kalupnu šupljinu.


Nakon ubrizgavanja održava se

pritisak (naknadni pritisak) dok

otpresak ne očvrsne, nakon čega se

kalup otvara i vadi se polimerni

otpresak.



Slika 2.2 Kalup za injekcijsko prešanje plastomera [1]

Slika 2.2 prikazuje tipičan primjer kalupa za injekcijsko prešanje plastomera. A je nepomični

dio kalupa, a B je pomični dio kalupa. S označava sljubnicu. .1 – uljevna šupljina, 2 – kalupna

šupljina, 3 – kanal za temperiranje, 4 – potiskivalo.

Proračun i dimenzioniranje uljevnog sustava vrlo su važni za uspješan tijek procesa. Posebno

su bitni oblik i veličina ušća (suženja uljevnog kanala na ulazu u kalupnu šupljinu). Zadaća je

ušća da sprječava povrat taljevine za vrijeme vraćanja pužnog vijka u početni položaj i suviše

veliko stlačivanje taljevine tijekom naknadnog tlačenja i omogućavanje lakog odvajanja

otpreska. Dijelovi kalupa koji omeđuju kalupnu šupljinu izrađuju se od čelika, bronce, mjedi i

nekih drugih metala i polimera. Tijekom ubrizgavanja pužnom se vijku mora blokiranjem

spriječiti vrtnja. Završetkom ubrizgavanja, kad su sve kalupne šupljine po mogućnosti

istodobno popunjene, snižava se pritisak ubrizgavanja na naknadni pritisak. Pritisak

ubrizgavanja definira se kao omjer sile ubrizgavanja i ploštine pužnog vijka u smjeru

ubrizgavanja. Naknadni pritisak sprječava povratak taljevine iz kalupa. Pri injekcijskom

prešanju plastomera naknadni pritisak djeluje do trenutka kad se spojno mjesto između

kalupne šupljine i uljevnog sustava toliko hladi i očvrsne da više nije moguć protok taljevine.



Vrijeme hlađenja plastomernog otpreska i vrijeme očvršćivanja plastomernog otpreska često

je dulje od vremena držanja naknadnog pritiska, pripreme taljevine i vraćanja jedinice za

ubrizgavanje. Zato je tijekom dopunskog vremena hlađenja ili očvršćivanja jedinica za

pripremu taljevine i ubrizgavanje zaustavljena, čekajući početak slijedećeg ciklusa. Kalup se

sastoji od dva dijela, od kojih je jedan pomičan. Nepomičan dio kalupa povezan je uljevnim

sustavom s cilindrom za taljenje, a pomičan dio otvara i zatvara kalupnu šupljinu i može se

pritom precizno centrirati elementima sustava za vođenje i centriranje. U njega je ugrađen i

uređaj za izbacivanje otpreska. Najčešće je to mehanički uređaj, ali se otpresci katkad

izbacuju i tlakom zraka ili ulja. U masovnoj proizvodnji manjih otpresaka često se radi s

kalupima s nekoliko jednakih kalupnih šupljina. Uljevni se sustav tada sastoji od nekoliko

razdjelnih kanala, a važno je da se sve kalupne šupljine pune istodobno i ravnomjerno, uz isti

tlak i temperaturu taljevine.

Kalup treba održavati pri određenoj propisanoj temperaturi (temperirati). Najprikladniji medij

za temperiranje kalupa jest voda u otvorenim ili zatvorenim temperiralima, kojoj se po potrebi

dodaju sredstva za sniženje ledišta ili povišenje vrelišta. To je najčešće etilenglikol, koji

omogućuje da se voda upotrebljava i do temperature 140 °C. Injekcijsko prešanje plastomera

općenito je dinamički, nelinearni proces koji se sastoji od 4 temeljne faze : pripreme

plastomerne taljevine, punjenja kalupne šupljine, djelovanja naknadnog tlaka i vađenja

otpreska iz kalupa. Zbivanja u kalupnoj šupljini imaju presudnu ulogu pri određivanju

svojstava gotovih otpresaka. Temeljno termodinamičko svojstvo plastomera je ovisnost

specifičnog obujma o tlaku i temperaturi koje se opisuje s pomoću dijagrama p-v-T koji je od

ključne važnosti za teorijsko razumijevanje procesa injekcijskog prešanja, ali i za poslužitelja

ubrizgavalice radi podešavanja parametara preradbe. Promjene stanja taljevine u kalupnoj

šupljini moguće je u p-v-T dijagramu pratiti kroz nekoliko faza (slika 2.3). Iz tog dijagrama je

očigledno kako se najvažnije promjene u dijagramu javljaju tijekom djelovanja naknadnog

tlaka (2-4). Stoga se većina svojstava otpreska kao što su specifični obujam, masa, stezanje,

zaostala naprezanja i dimenzijska stabilnost uglavnom određuju tijekom faze djelovanja

naknadnog tlaka. Točka pri kojoj tlak u kalupnoj šupljini dostiže okolišni tlak (4) ključna je u

definiranju stezanja otpreska, tj. postizanja odgovarajuće dimenzijske stabilnosti. U toj točki

otpresak počinje gubiti dodir sa stijenkama kalupne šupljine.



Slika 2.3 Tijek tlaka u dijagramu p-v-T [3]

0-1 Volumno punjenje kalupne šupljine. U trenutku 0 taljevina dolazi u nadzornu točku u

kalupnoj šupljini, a tlak u kalupnoj šupljini mjesno raste. Porast tlaka popraćen je laganim

hlađenjem taljevine do trenutka potpunog ispunjavanja kalupne šupljine.

1-2

Stlačivanje. Nakon faze punjenja kalupne šupljine, taljevina se stlačuje s pomoću naknadnog

tlaka. U toj fazi tlak u kalupnoj šupljini postiže maksimum. Efekti hlađenja taljevine još su

uvijek vrlo mali.

2-3

Djelovanje naknadnog tlaka. Otpresak očvršćuje te se steže i odvaja od stijenki kalupne

šupljine. Smanjenje obujma moguće je nadoknaditi ubrizgavanjem dodatne taljevine u

kalupnu šupljinu. Uslijed povećanih efekata hlađenja, efektivni presjek kroz kojeg je moguće

tečenje taljevine je smanjen, pa je pad tlaka kroz uljevni sustav veći.

3-4

Izohorno sniženje tlaka. Kada dođe do potpunog očvršćivanja ušća i taljevine u području

kalupne šupljine oko ušća, ubrizgavanje dodatne taljevine više nije moguće. Stoga dolazi do

daljnjeg izohornog pada tlaka u kalupnoj šupljini (bez promjena u specifičnom obujmu).

.



4-5

Hlađenje do vađenja iz kalupne šupljine. Nakon postizanja tlaka u kalupnoj šupljini od 1 bar,

daljnje sniženje tlaka nije moguće (izjednačio se s okolišnim tlakom), pa se daljnje hlađenje

otpreska odvija pri izobarnim uvjetima.

5-6

Hlađenje do okolišne temperature. Otpresak se vadi iz kalupne šupljine u točki 5, te se

nastavlja hladiti do okolišne temperature izvan kalupa.



3. KALUP ZA INJEKCIJSKO PREŠANJE PLASTOMERA

Kalup za injekcijsko prešanje polimera je alat koji oblikuje željeni oblik i služi izradbi jedne

vrste otpresaka. Oblikovanje strukture kalupa postiže se oblikovanjem elemenata od kojih se

kalup sastoji. Pri tome se teži što manjem broju elemenata koji čine strukturu kalupa. Uz

strukturnu kompleksnost kalupa su povezani pojmovi normiranja, unifikacije, tipizacije,

univerzalnosti i fleksibilnosti kalupa. Dođe li do kvara na kalupu, sustav je u zastoju do

njegova popravka. Takvo stanje moguće je spriječiti izradbom više istih kalupa, što je

rijetkost pri preradbi plastomera. To znači kako je razvoju kalupa potrebno posvetiti posebnu

pozornost.

Slika 3.1 Kalup za injekcijsko prešanje sa osnovnim dijelovima [4]

3.1. Funkcija kalupa za injekcijsko prešanje polimera

Moguće je opisati ukupnu funkciju kalupa za injekcijsko prešanje plastomera koja se sastoji

od praoblikovanja i prestrukturiranja plastomernog materijala u zadani makrogeometrijski

oblik tvorevine propisanih svojstava i kvalitete površine. Parcijalne funkcije kalupa trebaju

biti dovoljno niskog stupnja kompleksnosti kako bi se za njihovo ispunjavanje mogla

definirati odgovarajuća konstrukcijska rješenja,tako da najjednostavnije dođemo do

propisanih svojstava i kvalitete površine tvorevine. Stoga je ukupnu funkciju kalupa moguće

raščlaniti na finije funkcijske strukture tzv. parcijalne funkcije kalupa.



Parcijalne funkcije kalupa i konstrukcijska rješenja u tom slučaju glase: [5]

razdijeliti taljevinu (uljevni sustav),

praoblikovati taljevinu (kalupna šupljina),

održavati temperaturno polje u kalupu (sustav za temperiranje),

odzračiti kalupnu šupljinu (sustav za odzračivanje),

izvaditi grozd iz kalupne šupljine (sustav za vađenje otpreska iz kalupa),

voditi i centrirati elemente kalupa (sustav za vođenje i centriranje),

pričvrstiti kalup na ubrizgavalicu (kućište - stezne ploče kalupa)

prihvatiti i prenijeti sile (kućište kalupa),

povezati elemente kalupa (spojni elementi).

3.2. Elementi kalupa za injekcijsko prešanje

3.2.1. Kalupna šupljina

Kalupna šupljina definirana je kao prostor kojeg zatvaraju pomični i nepomični dijelovi

kalupa. Oblik kalupne šupljine je identičan obliku otpreska, a izmjere su joj uvećane za iznos

stezanja plastomernog materijala kojeg se prerađuje. Kalupe je moguće podijeliti na kalupe s

jednom kalupnom šupljinom i kalupe s više kalupnih šupljina, za izradbu jedne vrste

otpresaka ili kalup s različitim oblicima kalupnih šupljina.

Funkcija kalupne šupljine je [5]:

razdioba plastomerne taljevine

definiranje izmjere otpreska

prijenos tlaka taljevine u kalupnu šupljinu

definiranje kvalitete površine otpreska.



Nakon određivanja broja kalupnih šupljina potrebno je definirati njihov pravilan raspored

(tablica 3.1).

Tablica 3.1 Temeljni slučajevi rasporeda kalupnih šupljina [5]

Prednosti Nedostaci

Zvjezdasti raspored

Neuravnoteženi

Uravnoteženi

Isti put tečenja do svih

kalupnih šupljina.

Povoljan raspored za

vađenje, naročito kod

kalupa s mehaničkim

odvrtanjem navojne

jezgre.

Ograničen broj

kalupnih šupljina.

Kod većeg broja

kalupnih šupljina

veliki je utrošak

materijala (ići na

redni raspored).

Redni raspored

Neuravnoteženi

Uravnoteženi

Mogući veći broj

kalupnih šupljina nego

kod zvjezdastog

rasporeda. Kod većeg

broja kalupnih

šupljina razdjelnici su

kraći nego kod

zvjezdastog

rasporeda (manji

utrošak materijala).

Nejednolik put

tečenja do svih

kalupnih šupljina.

Istovremeno

punjenje kalupnih

šupljina je moguće

samo uz različite

presjeke

razdjelnika

i/ili ušća (korekcija

poprečnog presjeka

ušća).

Simetrični raspored

Neuravnoteženi

Uravnoteženi

Isti put tečenja do

svih kalupnih

šupljina.

Nije potrebna

korekcija poprečnog

presjeka ušća.

Veliki obujam

uljevnog sustava,

veliki otpad.

Preporučuje se

primjena vrućeg

uljevnog sustava



Temeljni uvjeti kojih se treba pridržavati pri definiranju rasporeda kalupnih šupljina su [5]:

ostvarenje najpovoljnijeg rasporeda kalupnih šupljina radi postizanja minimalnih

izmjera kalupa

osiguranje minimalnog puta tečenja taljevine od mjesta dodira mlaznice

ubrizgavalice s kalupom do kalupne šupljine

osiguranje pravilnog rasporeda kalupnih šupljina radi simetričnosti

zatvaranja kalupa

Dakle teži se za takvim rasporedom kalupnih šupljina kojim će se najbolje iskoristiti korisni

obujam kalupa, s time da putovi tečenja do svih kalupnih šupljina budu ujednačeni i što kraći,

kako bi se osigurao što manji otpad materijala zbog uljevnog sustava (u slučaju čvrstog

uljevnog sustava). Iz zahtjeva na kvalitetu otpresaka, izravno proizlaze zahtjevi na kvalitetu

kalupne šupljine.

Elementi koji oblikuju kalupnu šupljinu u pravilu se izrađuju od visokolegiranih alatnih čelika

koji toplinskom obradom dobivaju svojstva potrebna za siguran rad i izdržljivost kalupa.

Ponekad se elementi kalupne supljine izrađuju od berilijeve bronce,bakra,aluminija i mjedi.

[5]

3.2.2. Kućište kalupa

Kućište kalupa kao cjelina ispunjava tri parcijalne funkcije: povezivanje dijelova kalupa,

pričvršćivanje kalupa na ubrizgavalicu i prihvaćanje i prijenos sila. Kućište kalupa je slog

ploča koji zajedno čine noseću konstrukciju kalupa. U njemu su ugrađeni žigovi, matrice i

ostali dijelovi sklopova neophodnih za dobro i ispravno funkcioniranje kalupa. Na oblik i

konstrukcijsku izvedbu kućišta najveći utjecaj imaju oblik i izmjere otpreska, njihova

predviđena količina proizvodnje, te predviđeni stupanj automatiziranosti rada kalupa. Kalup

se dijeli na pomični i nepomični dio. Nepomični dio kalupa nalazi se na strani jedinice za

ubrizgavanje taljevine u kalup, dok se pomični dio kalupa nalazi na strani jedinice za

otvaranje i zatvaranje kalupa. Linija (površina) koja dijeli te dvije polovice kalupa naziva se

sljubnicom. Kriterij svrstavanja u skupine prema vrsti kućišta je različitost načina vađenja

otpresaka iz kalupa i vrste uljevnog sustava. Za oznaku vrste kućišta kalupa predviđena je

jedna znamenka.



Moguće je načiniti grubu sistematizaciju kućišta kalupa [5]:

pravokutna kućišta

okrugla kućišta

kućišta s postranim otvaranjem kalupnih ploča

kućišta sa školjkastim kalupnim pločama

posebna kućišta

Slika 3.2 Elementi kućišta kalupa [5]

1-naslon, 2-centrirna puškica, 3-vodeća puškica, 4-vodeći zatik, 5-nepomična stezna ploča

kalupa, 6-prsten za centriranje, 7-vijak, 8-nepomična kalupna ploča, 9-pomična kalupna

ploča, 10-temeljna ploča, 11-odstojna letva, 12 - ploča izbacivala, 13-potisna ploča, 14-

pomična stezna ploča kalupa [5]

3.2.2.1. Pravokutna kućišta kalupa

Pravokutna kućišta mogu se na prvoj razini podijeliti na podtipove s obzirom na način

spajanja dijelova kućišta:

- Europa sustav spajanja ploča kućišta kalupa,

- standardni sustav spajanja ploča kućišta kalupa.

Kod Europa sustava, sustav za vođenje i stezni vijci su u istoj osi. Time se dobiva više mjesta

za kalupnu šupljinu i sustav za temperiranje (slika 3.3).



Slika 3.3 Europa sustav spajanja ploča kućišta kalupa[5],[6]

Slika 3.4 prikazuje standardni sustav spajanja te se u tome sustavu sustav za vođenje nalazi

više pomaknut prema rubu kućišta, a stezni vijci su smješteni prema unutrašnjosti kućišta. U

ovom slučaju manji je radni obujam kalupa (za ugradnju kalupnih šupljina i sustava za

temperiranje), ali je spoj čvršći i pouzdaniji.

Slika 3.4 Standardni sustav spajanja ploča kućišta kalupa [5],[6]

Druga razina podjele kućišta kalupa se odvija na temelju načina postavljanja ploča sustava za

vađenje otpreska iz kalupa: [5]

N tip ploča kućišta kalupa

Q tip ploča kućišta kalupa

N tipa, ploče sustava za vađenje otpresaka iz kalupa smještene su tako da su pogodne za

smještaj grozda bitno različite duljine i širine (slika 3.5). U slučaju Q tipa, ploče sustava za

vađenje otpreska iz kalupa konstrukcijski zadovoljavaju smještaj grozda koji je na razini

sljubnice približno iste duljine i širine (slike 3.6).



Slika 3.5 N tip ploča kućišta kalupa [5]

Slika 3.6 Q tip ploča kućišta kalupa [5]

3.2.2.2. Okrugla kućišta kalupa

Okrugla kućišta pogodna su za izradbu otpresaka rotacijsko simetričnog i sličnih oblika,

odnosno ukoliko je raspored kalupnih šupljina rotacijsko simetrični ili sličan. Okrugli oblik

kućišta odgovara takvim otprescima i rasporedima kalupnih šupljina, jer se na taj način

postiže racionalnije iskorištenje korisnog obujma kalupa, konstrukcija je simetrična, sile u

pojedinim dijelovima kalupa su uravnotežene, a naprezanja dijelova kalupa su manja. Pri

uporabi ubrizgavalica s priječnicama, moguće je na ubrizgavalicu stegnuti kalup veće korisne

površine ukoliko je kućište okruglo. Podjelu okruglih kućišta moguće je načiniti na temelju

broja vodećih zatika. Tako se razlikuju okrugla kućišta s dva, tri ili četiri vodeća zatika. Ova

podjela važna je posebice pri uporabi standardnih okruglih kućišta kalupa zbog međusobnog

kombiniranja ploča kućišta. [6]



Slika 3.7 Okruglo kućište kalupa [5]

3.2.3. Uljevni sustav

Pri injekcijskom prešanju razlikujemo tri temeljne vrste uljevnih sustava: čvrsti (hladni)

uljevni sustav, kapljeviti (vrući) uljevni sustav, te njihovu kombinaciju. Dodatno, pri čvrstom

uljevnom sustavu moguće je načiniti podjelu prema vrsti ušća, dok se vrući uljevni sustavi

razlikuju prema načinu zagrijavanja pojedinih elemenata sustava i prema vrsti ušća na

mlaznicama. Primjenom vrućeg uljevnog sustava omogućen je visok stupanj slobode izbora

položaja ušća. Njegova primjena uz to predstavlja određenu uštedu materijala, jer nema

otpada kojeg predstavlja uljevni sustav pri uporabi čvrstog uljevnog sustava. [7] Neke od

veličina koje utječu na uljevni sustav navedene su u tablici 3.2.



Tablica 3.2 Veličine koje utječu na uljevni sustav [7]

OTPRESAK TALJEVINA

Geometrija otpreska Smična viskoznost

Obujam otpreska, Vo Struktura (amorfna, kristalasta)

Debljina stijenke otpreska, so Punila i ojačala

Zahtjevi kvalitete: Vrijeme ubrizgavanja, tu

- izmjere Područje omekšanja

- estetski Temperatura postojanosti oblika, TPO

- mehanički Temperaturna osjetljivost

Ponašanje taline

UBRIZGAVALICA KALUP ZA INJEKCIJSKO PREŠANJE

Sila držanja, Fd Automatsko odvajanje

Pritisak ubrizgavanja, pu Ručno odvajanje

Brzina ubrizgavanja, vu Temperiranje uljevka

3.2.3.1. Čvrsti uljevni sustav

Čvrsti uljevni sustav kalupa sastoji se od jednog ili više kanala povezanih u cjelinu, koji

omogučuju što lakše, brže i laminarnije provođenje plastomerne taline od mlaznice

ubrizgavalice do kalupne šupljine. Takvi kanali prije spajanja s kalupnim šupljinama

završavaju suženjima koja se nazivaju ušćima. Pri uporabi čvrstog uljevnog susatva moguće

je govoriti o materijalnom izlazu iz kalupa u obliku grozda kojeg predstavljaju otpresci i

očvršćeni plastomerni materijal koji je popunio uljevne šupljine (ostatak uljevnog sustava).

Uljevni kanali čvrstog uljevnog sustava nisu posebno zagrijavani, već su ugrađeni u kalupnu

ploču ili kalupne umetke. Stoga je njihovo temperaturno polje dio temperaturnog polja

kalupa. Čvrsti uljevni sustav se sastoji od uljevka, uljevnih kanala, razdjelnih kanala i ušća.

[8]



Slika 3.8 Elementi čvrstog uljevnog sustava [9]

3.2.3.2. Vrući uljevni sustav

Cilj svake proizvodnje je proizvesti što manje otpada, tj. proizvoditi sa što manje gubitaka. Pri

injekcijskom prešanju nastoji se na dijelu od mlaznice ubrizgavalice do kalupne šupljine

"izgubiti" što manje materijala. Kako bi se omogućio minimalni gubitak plastomernog

materijala u uljevnom sustavu, rabe se vrući uljevni sustavi. Uporaba tih sustava predstavlja

prednost posebice pri izradbi vrlo malih otpresaka, jer u tom slučaju količina materijala u

uljevnom sustavu može predstavljati veliki udio ukupno ubrizgane plastomerne taljevine. [5]

Vrući uljevni sustavi zahtijevaju dulje vrijeme konstruiranja i izradbe kalupa,te više troškove

izradbe, ali je cijena izradbe otpresaka zato znatno niža. Na slici 3.9 dan je primjer kalupa sa

vrućim uljevnim sustavom.

Slika 3.9 Kalup s vrućim uljevnim sustavom: a) mlaznica s ventilom, b) otvorena mlaznica [5]



Tablica 3.3 Sistematizacija čvrstih ušća [5]

Vrste ušća Tip ušća Shema Primjedba

Točkasto Nepostojeće (lažno)

Uljevak preuzima ulogu

ušća; omogućen visoki

naknadni pritisak.

Normalno (obično)

središnje

Spriječen povratni tok

taljevine; ne zahtijeva

naknadnu obradbu;

najčešća uporaba kod

tankostijenih otpresaka;

pogodni za stvaranje

orijentirane strukture.

Normalno(obično)

rubno

Podušće (tunelno)

Omogućeno automatsko

otkidanje uljevka

i njegovo zadržavanje na

izvlačilu.

Lepezasto

Uzrokuje manju

orijentiranost strukture

nego točkasta ušća;

prikladnije je pri

povišenim

udjelima ojačala u

plastomeru.

Filmsko

Primjena pri izradbi

otpresaka velike

površine; postižu

smanjenu orijentiranost

strukture.



Tablica 3.3 Nastavak i kraj [5]

Prstenasto

Vanjsko

Za kružne, rotacijski

simetrične šuplje

otpreske.

Unutrašnje

Kalupna šupljina se

počinje puniti tek

kada se uljevni

prsten ispuni

plastomernom

taljevinom; pri

vađenju otpresaka

automatski se otkida

uljevni sustav

Kružno

Ljevkasto

Uporaba pri izradi

otpresaka oblika

tuljca,

prstena, valjka i sl.;

omogućuje

jednoliko

punjenje kalupne

šupljine; postižu se

jednolike

debljine stijenki.

Membransko

Pločasto

Čekičasto

Ostvaruje se

sniženje tlaka u

kalupnoj šupljini;

poboljšana optička

svojstva otpreska.



3.2.4. Sustav za temperiranje kalupa

Sustav za temperiranje kalupa ispunjava parcijalnu funkciju reguliranja temperature u

kalupnoj i uljevnoj šupljini tj. postizanje propisane temperature stijenke kalupne šupljine, a

način njena postizanja ovisi o stvarnim uvjetima, što dovodi do potrebe zagrijavanja ili

hlađenja kalupa. Toplina se kalupu može dovoditi i odvoditi kapljevinama, a grijalima samo

odvoditi. Utječe na uspješno odvijanje i trajanje ciklusa injekcijskog prešanja. Načelo koje

određuje uspješnost preradbe plastomera injekcijskim prešanjem je optimiranje temperaturne

razlike između temperature taljevine i temperature stijenke kalupne šupljine. Kvaliteta

otpresaka zahtjeva da razlika tih temperatura bude što manja, a proizvodnost zahtjeva što veću

temperaturnu razliku. Moguće je razlikovati predtlačno i podtlačno temperiranje kalupa.

Pri kalupima za injekcijsko prešanje plastomera najčešće se rabi temperiranje s pomoću

medija (vodena para, plin, ulje, voda, voda s dodacima). Na izbor medija i opreme za

temperiranje utječu potrebna svojstva otpreska i željena proizvodnost. Potrebna temperatura

stijenke kalupne šupljine posredna je veličina, koja određuje brzinu i temperaturu medija. Pri

preradbi plastomera češće je hlađenje kalupa, pa je ulazna temperatura medija za temperiranje

niža od izlazne, jer se medij zagrijava prolaskom kroz krug za temperiranje. Ponekad se uvodi

više krugova za temperiranje, koji su nezavisno regulirani. Obzirom na elemente sustava za

temperiranje razlikuju se [6]:

temperiranje s pomoću medija (vodena para, plin, ulje, voda, voda s dodatcima),

elektrootporno temperiranje,

indukcijsko temperiranje,

poluvodičko temperiranje.

Krugove za temperiranje (predlačno i podtlačno) moguće je podijeliti na krugove za

temperiranje elementa kalupne šupljine koji oblikuju unutrašnji dio otpreska, te na krugove za

temperiranje elementa kalupne šupljine koji oblikuju vanjski dio otpreska. Stoga se uvodi

podjela krugova za temperiranje na [3]:

krugove za temperiranje gnijezda i kalupnih ploča

krugove za temperiranje žigova i jezgra



Krugovi za temperiranje gnijezda i kalupnih ploča služe temperiranju dijelova kalupa s

pomoću kojih se otpresku daje vanjski oblik. Njima se temperiraju približno pločasti otpresci i

to krugovima za temperiranje u obliku slova U, Z, kao i pravokutnika. Cilindrična gnijezda

zahtijevaju nešto drugačiju izvedbu kanala za temperiranje. Za otpreske veće visine,

primjenjuje se više krugova za temperiranje Z oblika.

Ploče s umetcima temperiraju se tako da se izvedu posebni krugovi za temperiranje i u

umetcima. Krugovi za temperiranje žigova i jezgara služe temperiranju dijelova kalupa,

kojima se daje unutrašnji oblik otpreska. [6]

Osim klasičnih krugova za temperiranje, na tržištu se pojavio i novi tzv. Contura krug za

temperiranje. Osnovna karakteristika tog sustava za temperiranje su kanali za temperiranje

koji prate oblika kalupne šupljine. Takav oblik kanala za temperiranje omogućuje bitno

skraćenje ciklusa injekcijskog prešanja (i do 30%), jednoliko temperiranje kalupne šupljine, te

postizanje poboljšane kvalitete otpreska. Također je razvijen i sustav sa savitljivim

elementima za temperiranje. Elementi su izrađeni od elastičnih bakrenih cijevi koje se mogu

oblikovati čak i rukom.

3.2.5. Sustav za vađenje otpreska iz kalupa

Sustav za vađenje otpreska iz kalupa obavlja parcijalnu funkciju otvaranja kalupa i vađenja

otpreska iz kalupne šupljine Prema načinu djelovanja sustavi za vađenje otpresaka mogu se

podijeliti na: mehaničke, pneumatske, hidrauličke i mješovite. Kod kalupa za injekcijsko

prešanje plastomera danas se najčešće upotrebljavaju sustavi s mehaničkim načinom vađenja,

a rjeđe ostali načini kod posebnih otpresaka ili posebnih konstrukcija kalupa. [5]

3.2.5.1. Vađenje otpreska iz kalupa pomoću izbacivala

Najpoznatiji sustav za vađenje otpreska je s izbacivalima.Najčešća uporaba je za otpreske s

debljim stijenkama gdje nema opasnosti od pucanja ili vitoperenja i gdje su otisci od

izbacivala na otpresku dopusteni. Takav sustav sastoji se od: potisne ploče, potiskivala,

povratnih opruga, povratnika, izvlačila i izbacivala. [5]



Pravila pozicioniranja izbacivala u kalupu su: [5]

- izbacivala smjestiti na najnižu točku otpreska

- izbacivala smjestiti na uglove otpreska ili u njihovoj blizini

- izbacivala smjestiti simetrično, uz jednolik raspored po otpresku

- izbacivala smjestiti na presjeku rebara ili rebra i stranice otpreska.

Slika 3.10 Najčešći oblici izbacivala [8]

a - štapićasti, b - stanjeni, c - D-oblik, d - nožasti, e - oblik puškice, f – tanjurasti

3.2.5.2. Sustavi za vađenje otpreska iz kalupa s pomoću stlaćenog zraka

Osim sustava za mehaničko vađenje otpresaka, primjenjuje se i pneumatsko vađenje

otpresaka, koje se postiže: statičkim ili dinamičkim ventilima, gljivastim izbacivalima i

rubnim odzračivanjem.



3.2.5.3. Sustavi za vađenje iz kalupa otpresaka s podrezima

Kada na otpresku postoje različiti podrezi, onda se posebna pažnja skreće na konstruiranje

sustava za vađenje otpresaka i koriste se posebni sustavi vađenja takvih otpresaka. Otpresci

koji imaju manje podreze mogu biti izrađeni u normalnom kalupu oblikovanjem podreza na

posebnom umetku. U slučaju izrade otpresaka s većim podrezima rabe se različiti sustavi

kliznika odnosno školjkasti kalupi. Također, posebni sustavi vađenja otpresaka iz kalupa

koriste se i u slučaju izrade otpresaka s navojem. Pri izradi otpresaka s unutrašnjim navojima

razlikuju se dvije temeljne skupine rješenja sustavaza vađenje otpresaka iz kalupne šupljine.

Prvi su mehanizmi za odvrtanje navoja pokretani otvaranjem i zatvaranjem kalupa s pomoću

sustava zupčanika, zupčastih letvi i raskoljivih jezgri. Raskoljive jezgre se koriste za vađenje

manjih otpresaka koji imaju široke unutrašnje podreze i navoje. Pri tome je potrebno jezgru

podijeliti u nekoliko segmenata. Tijekom otvaranja kalupa i potiskivanja dolazi do primicanja

segmenata čime je moguće vađenje otpresaka s unutrašnjim podrezima i navojima iz kalupa.

Drugu skupinu čine mehanizmi za odvrtanje navoja pokretani izvan kalupa, najčešće preko

hidrauličkih cilindara. Takvi se sustavi najčešće primjenjuju kada se ima veliki broj navojnih

jezgri u jednom kalupu (kalupi sa više kalupnih šupljina), te u slučaju većeg broja navoja na

jednom otpresku. [10]



Slika 3.11 Kalup s kliznicima i kosim izvlačilima

a - zatvoren kalup, b - poluotvoren kalup, c - otvoren kalup; 1 - koso izvlačilo, 2 - kliznik, 3 - otpresak,

4 - naslon, 5 - kalupna ploča [5]

3.2.6. Sustav za vođenje i centriranje kalupa

Postoje dvije grupe sustava za vođenje i centriranje. Unutrašnje centriranje služi da bi se

osiguralo točno nalijeganje jednog dijela kalupa na drugi pri otvaranju i zatvaranju kalupa.

Vanjsko centriranje je potrebno radi pravilnog nalijeganja kalupa na nosače kalupa

ubrizgavalice i izvodi se pomoću prstena za centriranje ili razdjelnog prstena kada na steznim

pločama kalupa postoji izolacija. Najčešće se sustav za unutarnje vođenje i centriranje sastoji

od vodećeg zatika koji može biti gladak ili sa utorima za podmazivanje (koristi se kod kalupa

veće mase), vodeće puškice i centrirne puškice.



Kod kalupa male ugradbene visine (odnosno duljine) često se upotrebljava glatki vodeći zatik i

trodijelna vodeća puškica. Kod velikih i masivnih otpresaka i kalupa, radi osiguravanja točnog

i pouzdanog vođenja i centriranja, često se upotrebljava konusno vođenje s ili bez izmjenjivih

letvica odnosno prste (ako se radi o rotacijsko simetričnim otprescima). Moguća je i izvedba

vođenja i centriranja pomoću glatkog vodećeg zatika i valjnog ležaja. [5]

3.2.7. Sustav za odzračivanje kalupa

Sustav za odzračivanje kalupa potreban je stoga, što prilikom ubrizgavanja plastomerne

taljevine u zatvorenu kalupnu šupljinu, u njoj zaostaju zrak i plinovi. Naročito je važan

tijekom faze ubrizgavanja. Potrebno ga je osigurati te predvidjeti na kraju svih putova tečenja

taljevine u kalupnoj šupljini, kao i na mjestima linija spajanja čela taljevine. Vrlo je važno i

čišćenje elemenata za odzračivanje. Pomični elementi (npr. izbacivala) obično se čiste sami,

dok je nepomične elemente potrebno čistiti. Otvori za odzračivanje trebaju biti izvedeni tako

da taljevina ne može ulaziti u njih i na taj ih način zatvoriti (slika 3.12.). [5]

Slika 3.12 Sustav za odzračivanje kalupa[6]

U pravilu, kanali za odzračivanje postavljaju se nasuprot ušća, odnosno na mjestu stijenke

kalupne šupljine, koje je najudaljenije od ušća. Otvori za odzračivanje trebaju biti izvedeni

tako da taljevina ne može ulaziti u njih i na taj ih način zatvoriti. Najčešće je odzračivanje

kroz provrte za vođenje izbacivala. U novije vrijeme razvijeni su porozni materijali za

kalupne ploče koji se izrađuju srašćivanjem metalnog praha i omogućuju odzračivanje kalupa

izravno kroz kalupne ploče.



4. METODIČKO KONSTRUIRANJE KALUPA ZA INJEKCIJSKO

PREŠANJE PLASTOMERA

Tijek konstruiranja kalupa moguće je grubo podijeliti u tri temeljne faze. To su početni

postupci konstruiranja, središnja faza konstruiranja i završne aktivnosti konstruiranja. U

slučaju kalupa za injekcijsko prešanje plastomera to su: faza razrade koncepcije kalupa, faza

dimenzioniranja elemenata kalupa (proračuni kalupa), te faza izrade dokumentacije kalupa.[3]

Slika 4.1 Temeljne faze konstruiranja kalupa za injekcijsko prešanje plastomera [3]

4.1. Faza razrade koncepcije kalupa

Prvu fazu procesa konstruiranja kalupa za injekcijsko prešanje plastomera predstavlja analiza

koncepcije kalupa. U toj fazi prevladava linearni tijek procesa konstruiranja s minimalnim

iteracijskim procesima. Odluke, koje se donose tijekom ove faze odluke su visokorazinskog

odlučivanja. O kvaliteti koncepcije kalupa i načelnog određivanja svih njegovih elemenata

ovisi pouzdano funkcioniranje kalupa tijekom njegove uporabe. Stoga je ovo najvažnija faza

u procesu konstruiranja kalupa. Za potrebe definiranja faza koncepcijskog oblikovanja kalupa,

razrađen je dijagram koji prikazuje sve aktivnosti ove faze konstruiranja kalupa, prikazanog

na slici 4.2.



Slika 4.2 Aktivnosti faze razrade koncepcije kalupa [6]



4.1.1. Prethodno načelno određivanje položaja otpreska u kalupu

Određivanjem položaja otpreska u kalupu definirani su oblik i veličina kalupne šupljine, a

načelno i vrsta kalupa. Kako ova aktivnost zahtijeva veliko iskustvo konstruktora, razrađen je

dijagram odlučivanja za načelno određivanje položaja otpreska u kalupu (slika 4.3) kojeg

mogu rabiti i manje iskusni konstruktori. U dijagramu konstruktor odgovara na pitanja sa DA

ili NE, sve dok ne dođe do predloženog rješenja. U ovoj fazi razvoja kalupa na neka pitanja je

nemoguće sa sigurnošću dati odgovor, već se trebaju načiniti odgovarajuće pretpostavke.

Stoga je potrebno na kraju faze razrade koncepcije kalupa načiniti provjeru položaja otpreska.

[5]

4.1.2. Određivanje broja kalupnih šupljina

Ukoliko naručitelj kalupa nije sam definirao broj kalupnih šupljina, potrebno ih je odrediti.

Određivanje broja kalupnih šupljina vrlo je bitno, jer se njime izravno utječe na troškove

izradbe kalupa, a samim time i troškove izradbe otpresaka. Pri tome, postoji nekoliko kriterija

na temelju kojih se određuje optimalni broj kalupnih šupljina [5]:

stvarni broj kalupnih šupljina određen na temelju veličine serija,

kvalitetni broj kalupnih šupljina određen na temelju zahtjeva na kvalitetu otpreska,

planski broj kalupnih šupljina određen na temelju roka isporuke otpresaka,

tehnički broj kalupnih šupljina određen na temelju tehničkih karakteristika

ubrizgavalice,

ekonomičan broj kalupnih šupljina određen na temelju troškova izradbe otpresaka.

Bez obzira prema kojem se kriteriju određuje optimalni broj kalupnih šupljina potrebno je

poznavati: proizvodno-tehničke mogućnosti opreme, oblik i izmjere otpreska, zahtjeve na

kvalitetu otpresaka, zahtjeve na rokove isporuke otpresaka, te ukupne proizvodne količine i

mogućnosti plasiranja otpresaka na tržište.

4.1.3. Određivanje rasporeda kalupnih šupljina

Raspored kalupnih šupljina često treba zadovoljiti niz oprečnih zahtjeva. Uglavnom se teži za

rasporedom koji će najbolje iskoristiti korisni obujam kalupa, pri čemu su putovi tečenja do



svih kalupnih šupljina isti i što kraći.[5] Temeljni slučajevi rasporeda kalupnih šupljina s

prednostima i nedostacima prikazani su u tablici 3.1.

4.1.4. Načelno određivanje kućišta kalupa

Položaj otpreska u kalupu, njegovi oblik i izmjere, te broj i raspored kalupnih šupljina izravno

određuju vrstu kućišta kalupa. Iako je izbor vrste kućišta kalupa uglavnom prepušten iskustvu

i intuiciji konstruktora kalupa, na temelju geometrije otpresaka, broja i rasporeda kalupnih

šupljina moguće je djelomice formalizirati izbor kućišta kalupa. [5] U tu svrhu razrađen je

dijagram odlučivanja za načelno određivanje vrste kućišta kalupa (slika 4.4)

4.1.5. Procjena izmjera kalupa

Na temelju prethodnih koraka u kojima je određen položaj otpreska u kalupu, broj i raspored

kalupnih šupljina, te vrsta kućišta kalupa, moguće je grubo procijeniti izmjere kalupa. Ovdje

valja voditi računa o dodatnom obujmu kalupa u koji će biti smješteni elementi sustava za

temperiranje kalupa, te elementi sustava za vađenje otpreska iz kalupa. [5]

4.1.6. Načelno određivanje uljevnog sustava i ušća

Na temelju analiziranih vrsta uljevnih sustava i ušća, te njihovog opisa načinjen je dijagram

odlučivanja za načelno određivanje vrste uljevnog sustava i ušća (slika 4.5). U prvom redu

potrebno je definirati radi li se o čvrstom ili vrućem uljevnom sustavu, odnosno njihovoj

kombinaciji, a zatim se izabiru odgovarajuća rješenja unutar definiranog uljevnog sustava. Na

slici 4.5 pune linije vode do najpovoljnijeg i/ili najčešćeg načelnog rješenja, dok isprekidane

linije ukazuju na mogućnost izbora i drugog rješenja koje je manje povoljno i/ili rjeđe u

primjeni.[5]

4.1.7. Načelno određivanje sustava za temperiranje kalupa

Ova aktivnost obuhvaća izbor sustava za temperiranje ka kalupa. Ukoliko se radi o

temperiranju kalupa s pomoću medija za temperiranje razrađen je dijagram odlučivanja za

načelno određivanje elemenata takvog sustava [5] (slika 4.6).



4.1.8. Načelno određivanje sustava za vađenje otpreska iz kalupa

Već pri definiranju položaja otpreska u kalupu pretpostavljeni su neki elementi sustava za

vađenje otpreska iz kalupa. Konstruktor kalupa tijekom ove aktivnosti načelno određuje sve

potrebne elemente tog sustava. Pri tome se može rabiti dijagram za načelno određivanje

sustava za vađenje otpreska iz kalupa [5] (slika 4.7).

4.1.9. Načelno određivanje sustava za vođenje i centriranje elemenata kalupa

Na temelju analize i opisa poznatih načina vođenja i centriranja elemenata kalupa potrebno je

za definirani kalup odrediti konstrukcijska rješenja za ovu parcijalnu funkciju kalupa. Pri

tome valja definirati elemente za vanjsko centriranje kalupa i unutrašnje centriranje i vođenje

elemenata kalupa s pomoću odgovarajućeg dijagrama odlučivanja [5] (slika 4.8).

4.1.10. Načelno određivanje sustava za odzračivanje kalupne

Na temelju analize i sistematizacije elemenata sustava za odzračivanje kalupa definiran je

dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za odzračivanje kalupne šupljine[5]

(slika 4.9).

4.1.11. Načelno određivanje posebnih elemenata kalupa

Vec pri definiranju položaja otpreska u kalupu načelno se određuje i vrsta kućišta kalupa, a

time i potreba za ostvarivanjem posebnih funkcija kalupa. Primjerice, otpresak s podrezima u

smjeru otvaranja kalupa moguće je izraditi u klizničkom kalupu. Radi raznolikosti

konstrukcijskih rješenja za posebne funkcije kalupa, te specifičnosti za pojedine slučajeve, za

te elemente nije razrađen odgovarajući dijagram odlučivanja.[5]



Slika 4.3 Dijagram za načelno određivanje položaja otpreska u kalupu [5]



Slika 4.4 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje kućišta kalupa [5]



Slika 4.5 Dijagram za načelno određivanje uljevnog sustava i ušća [5]



Slika 4.6 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za temperiranje kalupa [5]



Slika 4.7 Dijagram za načelno određivanje sustava za vađenje grozda iz kalupa [5]



Slika 4.8 Dijagram za načelno određivanje sustava za vođenje i centriranje [5]



Slika 4.9 Dijagram za načelno određivanje sustava za ozračivanje kalupa[5]



4.1.12. Optimiranje ostvarivih kombinacija načelnih rješenja parcijalnih funkcija kalupa

Nakon određivanja načelnih rješenja svih parcijalnih funkcija kalupa potrebno je optimirati

izbor ostvarivih kombinacija načelnih rješenja. To je posebice važno ukoliko za jednu

parcijalnu funkciju postoji veći broj rješenja koja ispunjavaju funkciju. U ovoj fazi razvoja

kalupa moguće je optimiranje izvršiti na temelju tehničkih prednosti i nedostataka pojedinih

rješenja, pri čemu je potrebno poznavati utjecaje pojedinih parcijalnih funkcija na mogućnost

njihovog ostvarivanja (tablica 4.1).[5]

Tablica 4.1 Međusobni utjecaj parcijalnih funkcija kalupa na mogućnost njihovog ostvarivanja

[5]

Parcijalna funkcija

kalupa

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

C1 Razdijeliti plastomernu

taljevinu ++ + + + + + ?

C2 Praoblikovati i

strukturirati taljevinu ++ ++ + + + ?

C3 Održavati temperaturno

polje u kalupu + + + ?

C4 Odzračiti kalupnu

šupljinu + ++ ?

C5 Izvaditi grozd iz

kalupne šupljine ++ ++ ++ + + + ?

C6 Centrirati i voditi

dijelove ++ ++ ++ ++ ++ ?

C7 Pričvrstiti kalup na

ubrizgavalicu ++ ++ ++ ?

C8 Prihvatiti i prenijeti sile

+ ++ + ++ ++ ?

C9 Povezati elemente

kalupa

++ ++ ++ ++ ?

C10 Posebne funkcije

? ? ? ? ? ? ? ?



4.1.13. Provjera položaja otpreska u kalupu

Kako je na početku faze koncepcijskog oblikovanja kalupa bilo potrebno načiniti određene

pretpostavke, sada nakon što je određen broj i raspored kalupnih šupljina, te su određena

konstrukcijska rješenja pojedinih parcijalnih funkcija kalupa, moguće je provjeriti položaj

otpresaka u kalupu. Ovu aktivnost moguće je provesti opetovanom uporabom dijagrama

odlučivanja za načelno određivanje položaja otpreska u kalupu (slika 4.3).

4.1.14. Procjena troškova izradbe kalupa

Nakon provedenih prethodnih koraka koncepcijskog oblikovanja kalupa potrebno je izvršiti

procjenu troškova izradbe kalupa, na temelju koje je moguće dati ocjenu ekonomske

opravdanosti razrađenog koncepta kalupa. Procjena troškova izradbe kalupa provodi se na

temelju procjene troškova izradbe kalupnih šupljina i svih načelno određenih elemenata

kalupa. Pri tome valja raspolagati s podacima o cijeni koštanja standardnih elemenata kalupa

koji se ugrađuju u kalup.[5]

Proračun cijene koštanja kalupa treba biti znanstveno i tehnički utemeljen, uz odgovarajuću

primjenu provjerenih iskustvenih faktora. Takvim pristupom postiže se [5] :

povišenje sigurnosti i točnosti određivanja cijene koštanja kalupa,

skraćenje vremena proračuna cijene koštanja kalupa,

sigurniji proračun cijene koštanja potpuno novih kalupa za koje ne postoje

iskustveni podaci,

sigurniji proračun bez dugogodišnjeg iskustva na tom polju

4.2. Dimenzioniranje elemenata kalupa

Pri konstruiranju kalupa za injekcijsko prešanje plastomera ovu fazu moguće je načelno

podijeliti u tri bloka: reološki, toplinski i mehanički proračun kalupa. Ova faza konstruiranja

kalupa prikazana je dijagramom na slici 4.10. [5]



Slika 4.10 Faza dimenzioniranja elemenata kalupa[5]



4.2.1. Reološki proračuna kalupa

Reološki proračun kalupa predstavlja prvi korak u proračunavanju elemenata kalupa. Pri

tome, uglavnom se proračunavaju tlakovi u uljevnim i kalupnim šupljinama, te viskozno

ponašanje plastomerne taljevine koje se ocjenjuje s pomoću smične viskoznosti taljevine. [5]

4.2.1.1. Određivanje potrebnog pritiska u kalupnoj šupljini

Tlak u kalupnoj šupljini aktivno je opterećenje koje djeluje na stijenke kalupne šupljine i

ostale elemente kalupa. Za proračun potrebnog tlaka u kalupnoj šupljini potrebno je poznavati

svojstva plastomernog materijala.[5] Pri određivanju potrebnog tlaka u kalupnoj šupljini,

najčešće se rabi dijagram p-v-T plastomernog materijala. Određivanju potrebnog tlaka u

kalupnoj šupljini potrebno je posvetiti posebnu pozornost stoga, što se ta vrijednost rabi u

svim blokovima proračuna.

4.2.1.2. Dimenzioniranje uljevnog sustava kalupa i proračun pada pritiska u uljevnom

sustavu

U okviru dimenzioniranja uljevnog sustava kalupa potrebno je odrediti izmjere segmenata

uljevnog sustava: uljevka, uljevnih i razdjelnih kanala, te ušća. Osim izmjera segmenata

uljevnog sustava potrebno je odrediti i padove pritiska u pojedinom segmentu,da bi se mogao

odrediti potrebni pritisak ubrizgavanja (značajka ubrizgavalice). [5] Promjer uljevnog kanala

najčešće ne smije biti manji od trostruke vrijednosti najdeblje stijenke kalupa. Uljevni kanali

ne smiju biti premali,kako se ulazeća taljevina ne bi ohladila, ili kako ne bi započeo proces

polimeriziranja prije nego taljevina dođe do ušća, niti ne smiju biti preveliki, jer bi vrijeme

očvršćivanja bilo produljeno. U cilju što manjeg pada pritiska, uljevni se kanali izrađuju bez

promjene smjera tečenja, a ako je ipak potrebno promjeniti smjer tečenja, u kanalima se rade

zakrivljenja s polumjerom.

4.2.1.3. Određivanje izmjera uljevnog sustava

Određivanje odgovarajuće veličine elemenata uljevnog sustava moguće je na tri načina:

iskustveno, simulacijom i proračunima [5]. Jednostavnim izrazom moguće je odrediti početni

promjer uljevka, uljevnog i razdjelnog kanala:

21

4uko

uk

lmd

(4.1)



gdje su duk – promjer uljevnog kanala (m), mo = masa otpreska (kg), luk = početna duljina

uljevnog kanala (m)

Tijekom dimenzioniranja ušća potrebno je posebnu pozornost posvetiti smičnoj brzini

taljevineu području ušća. Dimenzioniranje ušća zavisi od nekoliko čimbenika: kvalitete

prerađivanog polimera, oblika i izmjera otpreska, pritiska i brzine ubrizgavanja, temperature

taljevine i mase otpreska. [5] Tunelna ušća vrlo se često rabe u kalupima za injekcijsko

prešanje plastomera jer omogućuju automatsko odvajanje otpreska od uljevnog sustava.

Tablica 4.2 Preporuke za okvirne izmjere tunelnih ušća [5]

Veličina otpreska Masa

g

Promjer ušća

mm

Presjek

mm2

Vrlo mala 0 do 5 0,5 0,19

Vrlo mala do mala 5 do 10 0,62 0,31

Mala 10 do 20 0,75 0,44

Mala do srednja 20 do 40 1,00 0,78

Srednja 40 do 100 1,25 1,23

Srednja do velika 100 do 200 1,50 1,76

Velika više od 200 2,00 3,14

4.2.1.4. Proračuna pada tlaka u uljevnom sustavu

Nakon određivanja početnih izmjera segmenata uljevnog sustava potrebno je

proračunatipadove pritiska u pojedinom segmentu. Pri tome su uglavnom na raspolaganju

analitička Hagen-Poiseullova metoda proračuna za kružne i pravokutne segmente uljevnog

sustava.Pad pritiska u segmentu uljevnog sustava kružnog oblika prema Hagen-Poiseullovoj

moguće je izračunati na temelju izraza[5]:

4

128

d

qlp v

us

(4.2)



gdje su: Δpus - pad pritiska u segmentu uljevnog sustava (Pa, N/m2), η - smična viskoznost

plastomerne taljevine (Pas), l - duljina segmenta uljevnog sustava (m), quv- obujamni protok

plastomerne taljevine (m3/s), d - promjer segmenta uljevnog sustava (m).

Obujamni protok plastomerne taljevine qv (m3/s):

u

u

vt

Vq

(4.3)

gdje su: Vu – obujam ubrizgavanja (m3), tu – vrijeme ubrizgavanja (s).

Smična brzina plastomerne taljevine:

3

32

d

qv

(4.4)

Smična viskoznost η:

mK (4.5)

gdje su: K – konstanta materijala, γ- smična brzina taljevine (s-1

), m – eksponent tečenja.

Konstanta materijala K:

TT

OT eKK

(4.6)

gdje su: KOT – konstanta materijala ( kg/m2 s

1-m)

Promjena temperature ΔTu:

p

U

uc

pT

(4.7)

gdje su: Δpu - pad pritiska (Pa), ρ– gustoća plastomerne taljevine (g/cm3), cp –specifični

toplinski kapacitet plastomerne taljevine (J/kgK).

Dok za je pad pritiska u pravokutnom obliku segmenta uljevnog sustava moguće napisati

izraz [5]:

2

32

h

usD

lvp

(4.8)

gdje su: - koeficijent oblika segmenta uljevnog sustava, v- srednja brzina tečenja

plastomerne taljevine (m/s), Dh - hidraulički promjer segmenta uljevnog sustava (m).



Kako bi se ostvarili jednaki uvjeti punjenja svih kalupnih šupljina kod kalupa s više kalupnih

šupljina, potrebno je provesti uravnoteženje uljevnog sustava.Uravnoteženjem uljevnog

sustava osiguravaju se jednaki uvjeti tečenja plastomerne taljevine do svih kalupnih šupljina.

Izabrana ubrizgavalica treba moći ostvariti potreban pritisak u kalupnoj šupljini te pokriti

padove pritiska u segmentima uljevnog sustava. Pad pritiska u plastomernoj taljevini

ostvaruje se i njenim prolaskom kroz mlaznicu ubrizgavalice. Stoga je potrebno proračunati

taj pad pritiska, pribrojiti ga padovima pritiska u uljevnom sustavu i potrebnom pritisku u

kalupnoj šupljini, te provjeriti može li izabrana ubrizgavalica ostvariti potreban pritisak

ubrizgavanja [5]:

Kusnu pppp (4.9)

gdje je: Δpn- pad pritiska u mlaznici ubrizgavalice (Pa, N/m2).

Sila držanja kalupa javlja se kao reakcija djelovanja pritiska u kalupnoj šupljini u smjeru

otvaranja kalupa na tlocrtnu ploštinu otpreska. Određivanje sile držanja kalupa za injekcijsko

prešanje ima važnu ulogu u pravilnoj konstrukciji kalupa zbog mogućeg utjecaja na izbor

odgovarajuće ubrizgavalice. Uslijed nedostatne sile držanja mogu nastati otpresci bitno

različitih debljina stijenki ili otpresci sa srhom, a moguća su i oštećenja kalupa i

ubrizgavalice. Sila držanja računa se najčešće prema izrazu [5]:

kSSpF usotkd (4.10)

gdje su: Fd - sila držanja kalupa (N), pk - pritisak u kalupnoj šupljini u smjeru otvaranja

kalupa (N/m2), Sot - ploština otpreska (m2), Sus - ploština uljevnog sustava (m

2), k - faktor

sigurnosti (1,1 do 1,2).

4.2.2. Toplinski proračun kalupa

Učinkovitim temperiranjem kalupa moguće je optimirati vrijeme ciklusa injekcijskog

prešanja, te postići ujednačenije temperaturno polje u kalupu. Konstruktor kalupa treba biti

svjestan da ponekad i do 80 % ciklusa injekcijskog prešanja čini vrijeme

hlađenja/zagrijavanja otpresaka.



Temperiranje ne smije biti niti prebrzo, niti presporo, već je potrebno pronaći kompromis

između proizvodnosti kalupa i svojstava otpreska. Kako bi se postiglo učinkovito

temperiranje kalupa, potrebno je provesti odgovarajući toplinski proračun kalupa. [5]

Kako bi se proračunala odgovarajuća vremena ciklusa injekcijskog prešanja, potrebno je

načiniti analizu ciklusa. Najvažnije vrijeme u ciklusu injekcijskog prešanja je vrijeme

hlađenja otpreska. Vrijeme hlađenja otpreska je vrijeme koje je potrebno za ohlađivanje

plastomerne taljevine od temperature pri kojoj se ubrizgava u kalupnu šupljinu, do

temperature pri kojoj se otpresak može sigurno izvaditi iz kalupne šupljine. [5]

KPO

kT

u

efo

o

hTT

TTK

aK

st ln

2

2

(4.11)

11 bTaa kef (4.12)

gdje su: th - vrijeme hlađenja otpreska (s), so - karakteristična izmjera otpreska (debljina

stijenke) (m), Ko - koeficijent oblika otpreska, aef - efektivna toplinska difuznost (m2/s), Ku –

koeficijent unutrašnjosti otpreska, TT - temperatura plastomerne taljevine (K), Tk -

temperatura stijenke kalupne šupljine (K), TPO - temperatura postojanosti oblika otpreska (K),

a1, b1 – koeficijenti jednadžbe pravca (m2/sK).

Pri određivanju vremena hlađenja otpreska moguće je postaviti dva kriterija. Prvi kriterij je

postizanje odgovarajuće temperature postojanosti oblika otpreska u samom središtu otpreska,a

drugi kriterij je postizanje prosječne temperature postojanosti oblika otpreska.



Slika 4.11 Kriteriji određivanja temperature postojanosti oblika otpreska [5]

Koeficijente KO i KU moguće je očitati iz tablice 4.3.

Tablica 4.3 Koeficijenti unutrašnjosti i oblika za različite oblike otpreska [5]



Vrijeme ciklusa injekcijskog prešanja (tc) sastoji se od vremena hlađenja otpreska i pomoćnih

vremena [5]:

phc ttt (4.13)

gdje su: tc - vrijeme ciklusa injekcijskog prešanja (s), tp - pomoćno vrijeme (s).

Pomoćno vrijeme ciklusa injekcijskog prešanja sastoji se iz nekoliko vremena koja su

funkcije kalupa i ubrizgavalice (slika 4.12). To su vrijeme podmazivanja i čišćenja kalupa,

vrijeme posluživanja otvorenog kalupa, vrijeme zatvaranja i vrijeme otvaranja kalupa, vrijeme

ukapčanja, vrijeme približavanja mlaznice ubrizgavalice, te vrijeme vađenja otpreska iz

kalupne šupljine.

Slika 4.12 Analiza ciklusa injekcijskog prešanja [1]

Kako se tijekom ciklusa injekcijskog prešanja temperatura stijenke kalupne šupljine mijenja,

ovdje se ne može govoriti o jednoj temperaturi, već o temperaturnom polju kalupa (slika

4.13). Stoga je tijekom toplinskog proračuna kalupa potrebno izračunati važnije temperature

ciklusa injekcijskog prešanja. Najviša temperatura ciklusa injekcijskog prešanja naziva se

dodirnom temperaturom. To je temperatura koja se uspostavlja na stijenci kalupne šupljine u

trenutku dodira s plastomernom taljevinom, a računa se prema izrazu [5]:

pk

TppK

Dbb

TbtbT

(4.14)

gdje su: TD - dodirna temperatura stijenke kalupne šupljine (K), bK - toplinska prodornos

tmaterijala kalupa (Ws1/2

m-2

K-1

), bp - toplinska prodornost polimernog materijala (Ws1/2

m-2

K-

1).



Slika 4.13 Temperaturno polje stijenke kalupne šupljine [5]

Nakon što je otpresak postigao temperaturu postojanosti oblika, smije ga se izvaditi iz kalupa.

U tom trenutku kalup se otvara, a temperatura stijenke kalupne šupljine u tom trenutku naziva

se temperaturom otvaranja kalupa (TOK). Kako temperaturu stijenke kalupne šupljine

najčešće propisuju proizvođači plastomera, moguće je izračunati temperaturu otvaranja

kalupa prema izrazu [5]:

DKOK TTt 2 (4.15)

Svojstva medija za temperiranje koja su potrebna za daljnji toplinski proračun kalupa su:

gustoća, kinematička viskoznost, toplinska provodnost, specifični toplinski kapacitet i

Prandtlova značajka. Ukoliko su temperature medija niže od 5 °C ili više od 95 °C, potrebno

jeprimjerice vodi dodavati sredstva za sprječavanje smrzavanja ili isparivanja. Tada je

potrebno izračunati spomenuta svojstva za mješavinu medija za temperiranje.

Izmjena topline u kalupima za injekcijsko prešanje plastomera obuhvaćena je bilancom

izmjene topline koja glasi: Suma izmijenjenih toplina u kalupu jednaka je nuli. Tijekom

procesa injekcijskog prešanja, pri ubrizgavanju plastomerne taljevine u kalupnu šupljinu,

dovodi se taljevinom određena količina topline, koju djelomice preuzima kalup tijekom

hlađenja otpreska (slika 4.14). Taljevina uvijek predaje toplinu i ta je toplina prema

konvenciji uvijek pozitivnog predznaka. Ukoliko se temperature na površini kalupa i okoline

razlikuju, postoji izmjena topline između kalupa i okoline.



Za postizanje propisanog temperaturnog polja u kalupu, potrebno je kalup zagrijavati ili

hladiti medijem za temperiranje.[6] Kalup je izmjenjivač topline. Izmjena topline u kalupima

za injekcijsko prešanje plastomera obuhvaćena je bilancom izmjene topline koja glasi:

0 MOP (4.16)

gdje su: ΦP - toplina koju plastomer preda kalupu u jedinici vremena (W), ΦO -

toplinaizmijenjena s okolinom u jedinici vremena (W), ΦM - toplina izmijenjena s medijem za

temperiranje u jedinici vremena (W).

U jedinici vremena plastomerna taljevina dovede i preda kalupu određenu količinu topline

koju je moguće odrediti na temelju jednadžbe [5]:

c

g

Pt

hhm 12

(4.17)

gdje su: mg - masa grozda (kg), h2 - specifična entalpija pri temperaturi i tlaku preradbe (J/kg),

h1 - specifična entalpija pri prosječnoj temperaturi otpreska u trenutku njegova napuštanja

kalupa (J/kg).

Razlika entalpija računa se prema izrazu [11]:

223312 bTabTahh POT (4.18)

Toplina koja se izmjenjuje s okolinom sastoji se od topline koju kalup izmijeni zračenjem i

konvekcijom preko stranica i sljubnice kalupa, te provođenjem s nosačima kalupa

ubrizgavalice ( slika 4.14) [5]:

SvSljSt 0 (4.19)

gdje su: ΦSt - toplina izmijenjena zračenjem i konvekcijom kroz stranice kalupa u jedinici

vremena (W), ΦSlj - toplina izmijenjena zračenjem i konvekcijom kroz sljubnicu kalupa u

jedinici vremena (W), ΦV - toplina izmijenjena provođenjem kroz nosače kalupa

ubrizgavalice u jedinici vremena (W).



Slika 4.14 Toplinska bilanca kalupa [5]

Toplinu koju kalup izmijeni s okolinom preko stranica kalupa sastoji se od topline

izmijenjene mehaniznom konvekcije i zračenja. Izračunavanjem korigirane vrijednosti

koeficijenta toplinske prijelaznosti αst* moguće je ta dva mehanizma izmjene topline

obuhvatiti izrazom [11]:

OVKstSt TTA *

12 (4.20)

gdje su: A1 - površina jedne stranice kalupa (m2), αst

*- korigirani koeficijent toplinske

prijelaznosti (obuhvaća zračenje i konvekciju) (W/m2K), TVK - temperatura vanjske stijenke

kalupa (K), TO - temperatura okoline (K).

Toplinu koju kalup provođenjem izmijeni s nosačima kalupa na ubrizgavalici iznosi [11]:

)(2 *

OVKvKSv TTA (4.21)

Prema jednadžbi 4.9, medij za temperiranje treba predati sljedeću količinu topline [11]:

OPM (4.22)

U okviru dimenzioniranja sustava za temperiranje kalupa potrebno je odrediti promjer i

površinu kanala za temperiranje. Pri tome se promjer kanala za temperiranje određuje s

pomoću izraza [6]:

KTKT

o

Kxn

bd

(4.23)



gdje su: bo - širina otpreska (m), nKT - broj kanala za temperiranje, xKT - faktor površine kanala

za temperiranje

Pri tome je dobiveni rezultat potrebno radi izvedbenih razloga zaokružiti na najbliži cijeli

broj, pa se tada dobiva vrijednost dKT*. Površina kanala za temperiranje računa se prema

izrazu [11]:

KTKTKT ldA *

(4.24)

gdje je : lKT – duljina kanala za temperiranje (m)

Tijekom dimenzioniranja sustava za temperiranje također se određuje debljina stijenke

kalupne šupljine (slika 4.15) prema jednom od četiri kriterija: kriterij dopuštenog smičnog

naprezanja, kriterij dopuštenog savojnog naprezanja, kriterij akumuliranja topline i kriterij

dopuštenog kuta izotermi.

Slika 4.15 Debljina stijenke kalupne šupljine [11]

Nakon izbora debljine stijenke kalupne šupljine potrebno je provjeriti progib kalupne ploče

koja je oslabljena izradbom kanala za temperiranje. Dopušteni progib stijenke kalupne

šupljine za plastomerne materijale iznosi oko 1 µm. Provjera progiba provodi se prema izrazu

[11]:

GsE

d

s

dpf

Kr

K

K

KK 15.0

32 2

22

max (4.25)

gdje su: fmax - maksimalni progib stijenke kalupne šupljine (m), Er - modul rasteznosti

materijala stijenke kalupne šupljine (N/m2), G - modul smičnosti materijala stijenke kalupne

šupljine (N/m2).



Tijekom dimenzioniranja sustava za temperiranje potrebno je odrediti i količinu medija

zatemperiranje, njegovu brzinu te pad pritiska u kanalima za temperiranje radi pravilnog

izbora pumpe medija za temperiranje. Pri tome se teži postizanju turbulentnog strujanja

medija.

4.2.3. Mehanički proračuna kalupa

U okviru analitičkog mehaničkog proračuna kalupa potrebno je provesti nekoliko aktivnosti.

Tosu proračuni kinematike kalupa, dimenzioniranje pojedinih elemenata kalupa, te proračuni

krutosti kalupa u smjeru otvaranja i okomito na smjer otvaranja kalupa.[5]

Proračun kinematike kalupa obuhvaća proračune pokretnih elemenata kalupa, duljine njihova

gibanja i njihove duljine. Proračun kinematike kalupa posebice je važan radi osiguranja

ispravnog i sigurnog vađenja otpreska iz kalupa. Prva aktivnosti kinematičkog proračuna

kalupa je proračun potrebnog otvaranja kalupa odmicanje pomične od nepomične polovice

kalupa) koje ovisi o visini grozda (hg) i visini otpreska (ho). Pri tome treba osigurati

nesmetano vađenje grozda iz kalupa, pa se navedenim visinama dodaje sigurnosni dodatak

(hd). [5]

dopgOK hhhh (4.26)

gdje su: hOK - potrebno otvaranje kalupa (m), hg - visina grozda (m), hop - visina otpreska u

pomičnom dijelu kalupa (m), hd - dodatno otvaranje kalupa (m).

Pri tome visina grozda iznosi:

uog hhh (4.27)

gdje su: h0 – visina otpreska (m), hu – visina uljevka (m)

Iz projektne skice kalupa proizlazi duljina kalupa (ukupna visina svih kalupnih ploča). Na

temelju potrebne visine otvaranja kalupa i visine kalupa moguće je izračunati minimalni

potrebni razmak između steznih ploča ubrizgavalice. [5]

KOKU Lhh min (4.28)

gdje je: hUmin – minimalni potrebni razmak steznih ploča ubrizgavalice (m)



Usporedbom ove vrijednosti s maksimalnim razmakom između ploča ubrizgavalice moguće

je utvrditi zadovoljava li izabrana ubrizgavalica postavljenom uvjetu (hUmin ≤ HUmax –

maksimalni razmak steznih ploča ubrizgavalice).

U sljedećem koraku proračunavaju se potrebni hodovi i duljine elemenata za vađenje otpreska

iz kalupa. U najjednostavnijem slučaju treba proračunati potrebno gibanje izbacivala za

pouzdano vađenje otpreska. Duljina puta izbacivala (hi) računa se prema izrazu [5]:

diopi hhh (4.29)

gdje su: hi - duljina puta izbacivala (m), hdi - dopunski (sigurnosni) hod izbacivala (m).

Na temelju načelno određenih rješenja sustava za vođenje i centriranje potrebno je izvršiti

njihovo dimenzioniranje obzirom na čvrstoću i deformacije. Potrebno je naglasiti da se

najčešće ovi elementi odabiru kao standardni, te nije potrebno njihovo dimenzioniranje, već

treba izabrati odgovarajuće standardne elemente kalupa (izmjere elemenata sustava za

vođenje i centriranje prilagođene su izmjerama ploča kućišta kalupa). [5]

Pri proračunu kalupa za injekcijsko prešanje plastomera potrebno je voditi računa i o silama

vađenja otpreska iz kalupne šupljine, te dimenzioniranju elemenata sustava za vađenje

otpreska iz kalupa (izbacivala). U načelu, silu vađenja otpreska iz kalupa moguće je odrediti

pomoću izraza[5]:

OKv ApF (4.30)

gdje su: µ - faktor trenja između plastomernog materijala i elemenata kalupne šupljine, pK –

tlak u kalupnoj šupljini (N/m2), AO - površina elemenata kalupne šupljine u dodiru s

otpreskom (m2).

Pri određivanju izmjera kanala za odzračivanje treba pažljivo definirati duljinu i presjek

kanala koji će omogućiti nesmetan izlazak zraka iz kalupne šupljine, ali koji će spriječiti ulaz

plastomerne taljevine u kanal čime bi se kanal začepio. [5]

Ukoliko kalup treba ispuniti posebne funkcije kalupa, tj. ukoliko sadrži posebne elemente koji

oblikuju kalupnu šupljinu (npr. duge jezgre) potrebno je načiniti njihov proračun. U okviru

proračuna krutosti kalupa okomito na smjer otvaranja kalupa potrebno je proračunati



deformacije stijenki kalupne šupljine okomito na smjer otvaranja kalupa. Njihove deformacije

narušavaju tolerancije izmjera i oblika otpreska i sigurnost funkcioniranja čitavog kalupa. [5]

Pod proračunom krutosti kalupa u smjeru otvaranja, razumijevaju se aktivnosti proračuna

disanja kalupa, proračuna deformacije (progiba) sljubnice i proračuna sile zatvaranja kalupa.

Pod pojmom disanja kalupa podrazumijeva se razdvajanje pomičnog od nepomičnog dijela

kalupa tijekom djelovanja sile uzgona u kalupnoj šupljini. Dopušteno disanje kalupa kreće se

urasponu 0,01 do 0,02 mm.[5]

Proračun deformacije sljubnice podrazumijeva u stvari proračun progiba temeljne ploče

kalupa. Ukoliko je poznat dopušteni progib temeljne ploče kalupa, tada je moguće proračunati

visinu temeljne ploče prema izrazu [5]:

3/13

32

5

rtptp

tpd

tpEfl

bFh

(4.31)

gdje su: htp - debljina (visina) temeljne ploče (m), Fd - sila držanja kalupa (N), btp – razmak

između odstojnih letvi kalupa (m), ltp - duljina temeljne ploče (m), ftp - dopušteni progib

temeljne ploče (m).

U zadnjem koraku mehaničkog proračuna, ujedno i zadnjem koraku faze dimenzioniranja

elemenata kalupa, potrebno je proračunati silu otvaranja kalupa i površinski pritisak na

sljubnicu. Silu otvaranja kalupa moguće je odrediti s pomoću izraza [5]:

oRO ApF (4.32)

4.3. Završne aktivnosti konstruiranja kalupa

U okviru posljednje faze konstruiranja kalupa potrebno je izvršiti analizu pouzdanosti

njekcijskog prešanja, konačni izbor elemenata linije za injekcijsko prešanje, razraditi

strategiju podešavanja sustava za injekcijsko prešanje plastomera, te izraditi svu potrebnu

dokumentaciju kalupa. [5]



5. PRORAČUN NEPOTPUNE CIJENE KOŠTANJA OTPRESKA

5.1. Struktura cijene proizvoda

Struktura cijene proizvoda razmatra se obično kroz tri skupine troškova, čemu se pridodaje

zarada.

Tablica 5.1 Struktura cijene koštanja otpreska [6]

TROŠAK TROŠAK UDIO U PRODAJNOJ %

Trošak materijala 30

Trošak rada 30

Opći – režijski troškovi 30

Troškovi proizvodnje 90

Profit 10

Ukupna cijena koštanja 100

S obzirom na to da postoji niz parametera koji imaju utjecaj na konačnu cijenu proizvoda, ne

postoji opći način kako bi se odredila potpuna cijena koštanja. Shodno tome će se odrediti

nepotpuna, tehnička cijena koštanja otpreska u koju nisu obuhvaćeni opći, tj. režijski troškovi.

5.2. Struktura nepotpune cijene koštanja otpreska [6]

U strukturu nepotpune cijene koštanja otpreska ulaze:

a) Troškovi kalupa

troškovi konstruiranja kalupa

troškovi izradbe kalupa

troškovi kontrole i probnog rada.

b) Troškovi eksploatacije

troškovi materijala

troškovi mehanizacije (ubrizgavalice)

troškovi radne snage

troškovi održavanja.



Zbog velikog broja čimbenika koji imaju utjecaj na ukupnu cijenu koštanja kao i njihovu

međusobnu povezanost, nužno je ostvariti kvalitetnu suradnju između tehnoloških timova i

konstrukcijskih timova radi optimalne proizvodnje.

Nepotpuna cijena koštanja otpreska CO, računa se prema izrazu: [6]

rOsOmOKOKSOKONOO CCCCCCC (5.1)

gdje su: CKONO – trošak konstruiranja kalupa za jedan otpreska, CKO – trošak izradbe kalupa

za jedan otpresak, CKSO – trošak prototipnih serija za jedan otpresak, CmO – trošak materijala

za jedan otpresak, CsO – trošak stroja (ubrizgavalice) za jedan otpresak, CrO – trošak radne

snage za jedan otpresak.

5.2.1. Troškovi konstruiranja kalupa

5.2.1.1. Razvoj otpreska [6]

Dobro izvedena konstrukcija otpreska je uvjet za izvedbu dobre konstrukcije kalupa. Loše

konstruiran otpresak uzrokuje povećanje troškova kod konstruiranja i izradbe kalupa. Treba

izbjegavati konstrukcije otpresaka koje uvjetuju dodatnu obradbu nakon završetka ciklusa

injekcijskog prešanja. I ova početna faza konstruiranja ima utjecaj na krajnju cijenu koštanja

otpreska. Radi zahtjeva za provjerom tehničnosti, koji se postavljaju pred konstruktore, a prije

svega zahtjevi za krajnjom kvalitetom otpreska, funkcionalnosti i proizvodljivosti, moguće je

utjecati na ukupnu cijenu koštanja i to smanjenjem moguće količine škarta, ukidanjem

potrebe za naknadnom obradbom otpreska.

5.2.1.2. Postupak konstruiranja kalupa [6]

Zbog specifičnosti svojstava polimera i postupka preradbe nužno je u fazi razvoja otpreska

koja prethodi konstruiranju kalupa, uključiti analizu i izbor postupka preradbe i razmatranje

aktivnosti koje se odnose na konstrukciju kalupa – provjeru tehničnosti otpreska. Na taj je

način u sprezi aktivnosti razvoja otpreska i konstruiranja kalupa moguće izraditi optimalni

kalup za konstruirani otpresak, koji je optimalno izradljiv postupkom injekcijskog prešanja.

5.2.1.3. Određivanje troškova konstruiranja kalup [6]



Radi vrlo velikih razlika u zahtjevima, odnosno kompliciranosti samog otpreska, nije moguće

jednoznačno unaprijed ocijeniti troškove konstruiranja kalupa. Pri određivanju cijene

konstruiranja kalupa, prema jednadžbi 5.2, u praktičnoj uporabi je iskustvena metoda,

odnosno usporedba s već konstruiranim kalupima, te procjena potrebnog vremena i troškova

konstruiranja.

Cijena troška konstruiranja kalupa za jedan otpresak CKONO računa se prema izrazu:

UK

KON

KONOn

TC (5.2)

gdje su: TKON – ukupni troškovi konstruiranja, nUK – ukupna količina otpresaka izrađenih u

kalupu

5.2.2. Troškovi izradbe kalupa

5.2.2.1. Cijena kalupa [6]

Cijena kalupa je trošak koji kod malih serija značajno sudjeluje u cijeni koštanja otpreska. Na

cijenu kalupa utječe kvaliteta izradbe i montaža, količina i zahtijevana kvaliteta otpresaka. U

cijenu kalupa su uračunati sljedeći troškovi: projektiranje, konstruiranje, izradba, kontrola

prilikom izradbe i upuštanje u rad. Na cijenu kalupa značajno utječu tolerancije oblika,

skošenja stijenki kalupne šupljine, kvaliteta površina stijenki kalupne šupljine i sl.

Automatizacija rada kalupa povisuje cijenu koštanja.

Udio troška kalupa u cijeni koštanja otpreska TKO računa se prema izrazu:

d

OK

UK

KKO

n

T

n

CT (5.3)

gdje su: CK – cijena koštanja, TOK – troškovi održavanja kalupa, nd – broj ispravnih otpresaka.

Sve troškove koji ulaze u cijenu kalupa treba pažljivo analizirati i procijeniti. Za svaku

poziciju potrebno je izraditi analizu koja sadržava sljedeće podatke: broj komada pozicije,

cijenu materijala po komadu, vrijeme obradbe i to za obradbu odvajanjem čestica, hladno

istiskivanje, toplinsku obradbu, posebne postupke izradbe kalupa, završnu obradbu, te

kontrolu, montažu i pokusni rad.



5.2.2.2. Postupci određivanja cijene kalupa [6]

Kalupi za injekcijsko prešanje radi raznolikih zahtjeva koji se na njih postavljaju,

predstavljaju sklopove najviše preciznosti, koji se u pravilu izrađuju samo u jednom ili najviše

u nekoliko komada. Oni se izrađuju složenim, i prije svega postupcima izradbe koji

zahtijevaju mnogo vremena i visoke izdatke. Stoga oni predstavljaju odlučujući faktor pri

proračunu dijelova kalupa. Kod malih serija troškovi kalupa utječu čak vrlo često

kaoodlučujući kriterij za uvođenje nekog proizvoda.

Cilj postupka procjene troškova kalupa je:

povišenje sigurnosti i točnosti određivanja cijene kalupa

smanjenje utrošenog vremena za određivanje cijene kalupa

izradba proračuna i do sada još neizrađivanih kalupa, s kojima nema nikakvih

iskustava

izradba sigurnih proračuna i bez dugogodišnjeg iskustva

5.2.3. Troškovi kontrole i probnog rada kalupa [6]

Nakon izradbe kalupa, slijedi kontrola i dorada kalupa. Ukoliko se radi o većim proizvodnim

sustavima, prije velikoserijske proizvodnje, slijedi probna serija pri kojoj se kontrolira

kvaliteta alata za velikoserijsku proizvodnju.

5.2.3.1. Kontrola i dorada kalupa

Troškove kontrole čine troškovi nekoliko prototipnih serija s malim brojem izrađenih

otpresaka, na kojima se vrši kontrola izmjera i kvalitete otpresaka. Između serija kalup odlazi

na dodatne ispravke i korekcije kako bi se postigla tražena kvaliteta. Potreba za korekcijama

kalupa može se pojaviti zbog loše konstrukcije kalupa, neodgovarajuće dimenzioniranog

uljevnog sustava i ostalih dijelova ili loše izradbe. Broj prototipnih serija potrebno je smanjiti

na minimum uz zadovoljenje postavljenih uvjeta.



U troškove kontrole ulaze:

troškovi materijala,

troškovi ubrizgavalice,

troškovi rada,

troškovi kontrolnih mjerenja,

troškovi dorade kalupa.

Pravilnim planiranjem, izvršavanjem prototipne proizvodnje u terminima kada nije potrebno

prekidati proizvodnju, kada ubrizgavalice nisu u uporabi, odnosno uporabom trenutno

slobodnih radnika, moguće je troškove ubrizgavalice svesti na nužni minimum. Troškovi

materijala, rada ubrizgavalice i radne snage računaju se na jednaki način kao i troškovi

proizvodnje. Troškovi dorade ovise o kompliciranosti otpreska, odnosno kalupa, traženoj

kvaliteti, te početnoj kvaliteti izradbe i konstrukcije kalupa. Osim provjere kvalitete kalupa i

otpresaka, pri prototipnim serijama obavlja se i provjera ostalih parametara proizvodnje,

poput kontrole trajanja ciklusa, naknadni pritisak, vrijeme hlađenja otpreska i slično. Zbog

velikog broja utjecajnih faktora, ukupne troškove prototipnih serija vrlo je teško jednoznačno

odrediti. U praksi se troškovi kontrole određuju iskustvenom metodom, odnosno usporedbom

s prijašnjim troškovima, a najviše ovise o kompliciranosti i traženoj kvaliteti otpreska.

Uobičajeno je da troškovi kontrole i prototipnih serija ulaze u trošak izradbe kalupa.

Ukupni trošak kontrole i prototipnih serija CKS0 računa se prema izrazu (5.4):

uk

n

i

sKSi

KSn

C

C 1

0 (5.4)

gdje je: CKSi – trošak pojedine prototipne serije.

Troškovi pojedinih prototipnih serija CKSi računa se prema izrazu (5.5):

dKSikKSirKSisKSimKSiKSi CCCCCC (5.5)

gdje su: CmKSi – trošak materijala prototipne serija, CsKSi – trošak ubrizgavalice za prototipnu

seriju, CrKSi – trošak radne snage za prototipnu seriju, CkKSi – trošak kontrole za prototipnu

seriju, CdKSi – trošak dorade kalupa za prototipnu seriju.

Ukoliko troškovi kontrole ulaze kao režijski trošak vrijedi CkKSi = 0.



5.2.3.2. Probni rad kalupa

Ukoliko se radi o velikoserijskoj proizvodnji polimernih otpresaka, prije same proizvodnje

izrađuje se probna (nulta) serija. Veličina probne serije ovisi o konačnoj količini otpresaka

koji će biti proizvedeni te zahtijevanoj kvaliteti otpresaka. Različitim statističkim metodama

potvrđuje se kvaliteta izrađenih otpresaka i tehnološka kvaliteta, odnosno proizvodnost

postupka. Sa stanovišta troškova, elementi proračuna su identični proračunima proizvodnje s

dodatnim troškom kontrole. Izrađeni otpresci ne predstavljaju otpad nego proizvode

namijenjene tržištu i kao takvi ne predstavljaju nepovratni trošak. Stoga, u većini slučajeva,

troškovi probnog rada predstavljaju trošak proizvodnje otpreska, a ne izradbe kalupa.

Za proračun troškova probne proizvodnje za jedan otpresak (izraz 5.6) koristi se ista metoda

kao za određivanje troškova proizvodnje uvećana za troškove kontrole:

ps

ps

PSn

CC 0 (5.6)

gdje su: CPSO – proizvodna cijena po otpresku za probnu seriju, CPS – ukupni trošak probne

serije, nPS – veličina probne serije.

Trošak probne serije CPSi računa se prema izrazu (5.7):

dPSkPSrPSsPSmPSPSi CCCCCC (5.7)

gdje su: CmPS – trošak materijala probne serije, CsPS – trošak ubrizgavalice za probnu seriju,

CrPS – trošak radne snage za probnu seriju, CkPS – trošak kontrole za probnu seriju, CdPS –

trošak dorade kalupa za jednu seriju. Ukoliko troškovi kontrole ulaze kao režijski trošak

vrijedi CkPS = 0, čime se dobiva izraz jednak izrazu za trošak proizvodnje.

5.2.4. Trošak eksploatacije kalupa [6]

5.2.4.1. Održavanje kalupa

Troškovi održavanja kalupa često čine značajnu ulogu u cijeni proizvodnje. Ovisno o

kompliciranosti otpreska, traženoj finalnoj kvaliteti otpreska te vrsti materijala koji se koristi,

mogu značajno utjecati na cijenu proizvodnje. Troškovi održavanja također ovise o



istrošenosti kalupa i ukupnom broju proizvedenih otpresaka u kalupu. Razdoblje ranih

kvarova pokriva i troškove prototipnih serija odnosno probne serije. Pravilnom organizacijom

održavanja, pravovremenim i kvalitetnim provođenjem preventivnog održavanja, u odnosu na

korektivno,odnosno održavanje po pojavi havarije, moguće je ukupne troškove održavanja

značajno smanjiti. Pravilno definirane kvalitete kalupa u odnosu na planiranu ukupnu količinu

izrađenih otpresaka, odnosno ne zalaženje u period kvarova uslijed istrošenosti elemenata i

njihova pravovremena zamjena također pozitivno utječu na konačnu cijenu proizvoda.

Uobičajena pojava je naručivanje rezervnih dijelova kalupa uz sam kalup. Time se povisuje

cijena koštanja izrade kalupa, no smanjuju troškovi održavanja .Slika 5.1 predstavlja ovisnost

pouzdanosti i učestalosti kvarova i vremena proizvodnje. Sukladno tome, razdoblje 1 odnosno

razdoblje ranih kvarova, pokriva i troškove prototipnih serija odnosno probne serije.

Slika 5.1 Ovisnost pouzdanosti i učestalosti kvarova kalupa o vremenu [6]

Pravilnom organizacijom održavanja, pravovremenim i kvalitetnim provođenjem

preventivnog održavanja, u odnosu na korektivno, odnosno održavanje po pojavi havarije,

moguće je ukupne troškove održavanja značajno smanjiti. Pravilno definirane kvalitete kalupa

u odnosu na planiranu ukupnu količinu izrađenih otpresaka, odnosno ne zalaženje u period

kvarova uslijed dotrajalosti elemenata (slika 5.1, razdoblje 3) i njihova pravovremena zamjena

također pozitivno utječu na konačnu cijenu proizvoda. Uobičajena pojava je naručivanje

rezervnih djelova kalupa uz sam kalup. Time se povisuje cijena koštanja izradbe kalupa, no

smanjuju troškovi održavanja.



Troškovi održavanja kalupa za pojedinu seriju COser0 računa se prema izrazu (5.8):

ser

Oser

Osern

CC 0 (5.8)

gdje su: COser – troškovi održavanja za seriju, nser – veličina serije

5.2.4.2. Cijena materijala za jedan otpresak

Najveći udio u cijeni otpreska u pravilu čini cijena polimernog materijala koji se prerađuje.

Pri proračunu, stvarni trošak materijala biti će funkcija mase otpreska, stvarnog utroška

materijala, škarta, te količine otpadnog materijala koji se može ponovo upotrijebiti

(regenerata). Specifični troškovi materijala otpreska (troškovi po jednom otpresku) ne

mijenjaju se s obzirom na broj kalupnih šupljina. Međutim, masa uljevnog sustava bitno

utječe na iskoristivost materijala, a time i na cijenu proizvoda. Pritom veliku ulogu ima

uporaba regeneriranog materijala, tj. vraćanje regranuliranog materijala pomiješanog s

izvornim materijalom u proizvodni proces.

Proračun cijene materijala izračunava se prema izrazu (5.9):

dmmO CCBACC (5.9)

gdje su: Cm – ukupna jedinična cijena materijala, A – stvarni jedinični utrošak materijala, B –

stvarni jedinični gubici materijala zbog škarta, C – jedinični gubici materijala zbog upuštanja

u rad i izmjene boje, Cd – jedinična cijena materijala ili etikete (ukoliko su sastavni dijelovi

proizvoda).

Ukupna jedinična cijena materijala Cm s udjelom boje i osnovnim udjelom regenerata računa

se prema izrazu (5.10):

rb

rrbbom

mUU

CUCUCC

1 (5.10)

gdje su: Com – jedinična cijena osnovnog materijala (Kn/kg), Ub – udio boje, Cb – jedinična

cijena boje (Kn/kg), Ur – udio regenerata, Cr – jedinična cijena regenerata (Kn/kg).

5.2.4.3. Trošak rada ubrizgavalice

Proračun troškova ubrizgavalice potrebno je poznavati sljedeće podatke:



učin ubrizgavalice,

cijena radnog sata ubrizgavalice,

broj radnih dana u godini,

broj radnih sati dnevno,

pripremno završno vrijeme,

organizacijske gubitke,

pouzdanost postupka.

Trošak ubrizgavalice sveden na jedan otpresak Cso računa se prema izrazu (5.11):

ru

ser

orpz

pg

c

so Cn

Gt

n

tC

(5.11)

gdje su: μp – pouzdanost postupka, tpz – pripremno završno vrijeme, Gor – organizacijski

gubici, nser – veličina serije, Cru – cijena radnog sata ubrizgavalice.

5.2.4.4. Trošak rada radnika

Trošak rada radnika svedeno na jedan otpresak računa se prema izrazu (5.12):

rrs

pkš

c

ro nCn

tC

(5.12)

gdje su: nkš - broj kalupnih šupljina, Crs - cijena radnog sata radnika, nr - broj radnika.

5.2.4.5. Proizvodna cijena jednog otpreska proizvodne serije

Proizvodna cijena jednog otpreska načinjenog tijekom proizvodne serije predstavlja zbroj

troškova materijala, rada ubrizgavalice i rada radnika (izraz 5.13):

rosomosero CCCC , (5.13)

5.2.4.6. Prosječna cijena otpreska probne (nulte) i proizvodne serije

Prosječna cijena otpreska probne (nulte) i proizvodne serije računa se prema izrazu:

sero

ser

oPS

serPS

serserPS

oPR

C

n

C

n

nnC

,

(5.14)



-gdje je nserPS - veličina probne serije

5.2.5. Nepotpuna cijena koštanja po otpresku

Nepotpuna cijena koštanja otpreska računa se prema izrazu:

oPRserODo

uk

KSUKKON

o CCn

TTTC

, (5.15)



6. METODIČKO KONSTRUIRANJE KALUPA ZA INJEKCIJSKO

PREŠANJE PLASTOMERNE MASKE ZA MOBITEL

6.1. Uvod

Nakon što je u 4. poglavlju teorijski objašnjen tijek metodičkog konstruiranja kalupa za

injekcijsko prešanje polimera, u ovom poglavlju to metodičko konstruiranje primijenit će se

na primjeru zadanog otpreska – maske za mobitel.

Slika 6.1 3D model maske

Pri izvedbi maske potrebna je kvalitetna izradba, a osobitu pozornost potrebno je posvetiti

točnom dimenzioniranju radi uklapanja sa ostalim elementima radi uležištenja. Za izradbu

previđen je postupak injekcijskog prešanja, a materijal od kojeg će se izrađivati je PP.

Odabran je materijal trgovačke oznake PP 571 P, tvrtke Sabic.



Tablica 6.1 Svojstva PP 571 P [12]

Svojstvo Oznaka Jedinica Vrijednost

Gustoća ρ kg/m3

905

Pritisak ubrizgavanja pu N/mm2

Do 100

Temperature

taljevine

ϑT °C 220 – 260

Temperatura stijenke

kalupne šupljine

ϑK °C 20 - 45

Temperatura

postojanosti oblika

ϑPO °C 100

Toplinska

rastezljivost

α 10-5

m/mK 18

Toplinska difuznost a 10-8

m2/s 6,7…5,9

Specifični toplinski

kapacitet

cp 103J /kgK

2,0

Toplinska

provodnost

λ W/mK 0,10…0,20

Skupljanje SL % 1.5



Tablica 6.2 Izmjere otpreska

IZMJERE OTPRESKA

Debljina otpreska so = 1,5mm

Duljina otpreska l0 =103,2 mm

Širina otpreska b0 =46,6 mm

Visina ho =12 mm

Obujam Vo =1,246·10-5

m3

Masa otpreska mo =0,012 kg

Ploština otpreska S0 = 0,014m2

6.2. Koncepcijsko oblikovanje kalupa

Prva faza procesa konstruiranja kalupa započinje s razradom koncepta, gdje se donose važne

odluke kako bi se dobilo kvalitetno funkcioniranje kalupa tijekom cijele njegove upotrebe.



Slika 6.2 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje položaja otpreska u kalupu



Slika 6.3 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje kućišta kalupa



Slika 6.4 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje uljevnog sustava i ušća



Slika 6.5 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za temperiranje



Slika 6.6 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za vađenje otpreska



Slika 6.7 Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za vođenje i centriranje



Slika 6.8Dijagram odlučivanja za načelno određivanje sustava za odzračivanje kalup



7. PRORAČUN KALUPA

Prije samog proračuna, ispisat će se podaci o odabranoj ubrizgavalici. Odabrana je

ubrizgavalica. Odabrana je ubrizgavalica tvrtke KrassMaffei KM 80 CX s jedinicom za

ubrizgavanje SP380. Podaci su prikazani u tablici 7.1

Tablica 7.1 Karakteristike ubrizgavalice [13]

Promjer pužnog vijka 45 mm

Kapacitet plastificiranja

27,6 g/s

Brzina ubrizgavanja

159 cm3/s

Maksimalni volumen ubrizgavanja

254 cm3

Maksimalni pritisak ubrizgavanja

1469 bar

Sila držanja kalupa

800 kN

Minimalna visina kalupa

250 mm

Maksimalna udaljenost između steznih

ploča

750 mm

Maksimalna visina otvaranja

500 mm

Maksimalna sila vađenja kalupa

55,3 kN



7.1. Provjera tehničnosti otpreska i simulacija procesa

U ovome poglavlju provesti će se simulacija zadanog otpreska.

Slika 7.1 Vrijeme punjenja kalupne šupljine

Slika 7.2 Kvalieta ispunjenja kalupne šupljine



Slika 7.3 Predviđena kvaliteta otpreska

Slika 7.4 Tlak u kalupnoj šupljini



Slika 7.5 Razdioba pada tlaka u uljevnom sustavu i kalupnim šupljinama

Slika 7.6 Razdioba temperature čela taljevine



Slika 7.7 Prosječna temperatura

Slika 7.8 Linije spajanja – uključine zraka



Slika 7.9 Procjena pojava udubina

Slika 7.10 Kvaliteta hlađenja



Slika 7.11 Temperaturna varijanca

Slika 7.12 Varijanca vremena hlađenja



7.1.1. Reološki proračuna kalupa

Sastoji se od nekoliko temeljnih aktivnosti. Određivanja tlaka u kalupnoj šupljini, te

padovima tlaka u uljevnom sustavu, kako bi se osiguralo ispravno popunjavanje kalupne

šupljine.

7.1.1.1. Određivanje potrebnog tlaka u kalupnoj šupljini

Pri određivanju potrebnog tlaka u kalupnoj šupljini moguće je rabiti dijagram p-v-T za

prerađivani polimerni materijal. U ovom slučaju prerađuje se SABIC PP 571 P.

Slika 7.13 P - v- t dijagram za SABIC PP 571 P

Iz dijagrama se može isčitati da je potreban tlak ubrizgavanja oko 16 MPa. Ista ta vrijednost

je dobivena korištenjem u programskom paketu Simulation Moldflow Adviser Ultimate Free

Student.

7.1.2. Proračun sile držanja kalupa

Sila držanja kalupa je sila kojom ubrizgavalica drži kalup tijekom procesa injekcijskog

prešanja zbog djelovanja tlaka unutar kalupne šupljine.



Tablica 7.2 Podatci za reološki proračun kalupa

Tlak u kalupnoj šupljini Δpuk 16 MPa

Površina otpreska u smjeru otvaranja A 4826 mm2

Koeficijent sigurnosti k 1,1

60,849371,11048261016 66 kApF ukd N =84.9376 kN (7.1)

Izabrana ubrizgavalica ima deklariranu silu držanja kalupa 800 kN, stoga zaključujemo kako

izabrana ubrizgavalica zadovoljava uvjet.

7.1.3. Proračun vremena hlađenja otpreska

Podaci prikazani u tablici 7.3 su potrebni za proračun vremena hlađenja otpreska.

Tablica 7.3 Podatci za proračun vremena hlađenja

Karakteristična izmjera otpreska so 1.5 mm

koeficijent oblika (ploča) Ko 1,21

koeficijent unutrašnjosti Ku1 4/π

koeficijent unutrašnjosti Ku2 8/ π2

temperatura taljevine TT 250 °C

Temperatura stijenke kalupne šupljine TK 45 °C

temperatura postojanosti oblika TPO 100 °C

koeficijent jednadžbe pravca za PP a1 −0,0106 ∙ 10-8

m2s

-1K

-1

koeficijent jednadžbe pravca za PP b1 9,8494 ∙10-8

m2∙s

-1

Koeficijente oblika i unutrašnjosti odabiru se iz tablice 4.3, a za neke oblike se treba

izračunati iz izraza [11]:

22

2

20

2

10 11

o

o

o

o

l

b

h

saaKo (7.2)

22

2

20

2

102,103

6,46

12

5,111

aaKo = 1,21



Određivanje vremena hlađenja otpreska moguće je prema dva kriterija. Prvi kriterij je

postizanje odgovarajuće temperature postojanosti oblika otpreska u samom središtu otpreska,a

drugi kriterij je postizanje prosječne temperature postojanosti oblika otpreska.

Vrijemehlađenja otpreska do propisane prosječne temperature postojanosti oblika moguće je

odrediti pomoću jednadžbe [11]:

KPO

KTU

efO

o

hTT

TTK

aK

st 22

2

ln

(7.3)

11 bTaa kef (7.4)

efa = −0,0106 ∙ 10-8 318+9,8494 ∙10

-8=6,4786 10

-8m

2s

-1

Pomoću toga dobivamo vrijeme hlađenja:

2,3318373

3185238ln

104786,621,1

0015.0228

2

ht s

Vrijeme hlađenja otpreska do postizanja prosječne temperature postojanosti oblika u središtu

otpreska iznosi [11]:

KPO

KTU

efO

o

hTT

TTK

aK

st 12

2

ln

(7.5)

ht = s5,4318373

3185234ln

104786,621,1

0015.028

2

Iz prijašnjih poglavlja o procesima (slika 4.12 ) koji se odvijaju tokom injekcijskog

prešanjamožemo zaključiti da se hlađenje otpreska poklapa s vremenima operacija kao što su

ubrizgavanje, djelovanje naknadnog tlaka, plastificiranje, vraćanje mlaznice u početni položaj.

Dodatno vrijeme hlađenja otpreska koristi se samo u slučaju kada je zbroj vremena svih

navedenih operacija kraći od proračunatog vremena hlađenja otpreska.



Potrebna vremena za taj dio proračuna iznose:

-vrijeme ubrizgavanja tu= 1,321 s

-vrijeme vraćanja mlaznice u početni položaj tr=0,5 s

-dobivena na osnovu poznatih obujma i gustoće materijala masa grozda iznosi mg=22,6 g

Vrijeme plastificiranja se određuje na temelju izraza [6]:

sq

mt

p

ops 82,0

6.27

3.11 (7.6)

Određivanje vremena ciklusa injekcijskog prešanja sastoji se od vremena hlađenja otpreska i

pomoćnih vremena [6]:

phc ttt 3,2+7=10,2s (7.7)

tp se sastoji od vremena otvaranja kalupa to=2s, vremena zatvaranja kalupa tzs=2s i

vremena vađenja otpreska iz kalupa tiz=3s

7.1.4. Proačun temperatura ciklusa injekcijskog prešanja

Ovaj proračun se radi kako bi se vidjele promjene temperatura stijenke kalupne šupljine

tijekom injekcijskog prešanja. Za proračun temperatura ciklusa injekcijskog prešanja potrebno

je prvo izračunati temperaturu podešavanja kalupne šupljine [5]:

Abb

bTAbbtT

pk

PTPKKP

1 (7.8)

Najprije je potrebno odrediti bezdimenzijsku značajku A preko sljedećeg izvoda [6]:

1568,04,102

2,3

2

c

h

t

tA (7.9)



Podaci o toplinskoj prodornosti materijala kalupa (DIN X38CrMoV5-1) su poznati i

iznose[5]:

bk =10238 Ws1/2

m-2

K-1

Toplinska prodornost materijala:

bp= 521 Ws1/2

m-2

K-1

Sada se može izračunati temperatura podešavanja kalupne šupljine:

TP =

3111568,052110238

5215231568,0160210238318

K

Dodirna temperatura se određuje prema izrazu[5]:

pk

TppK

Dbb

TbtbT

(7.10)

TD

52110238

5235213111028 321 K

Temperatura otvaranja kalupa određuje se na temelju izraza [5]:

TOK = 2TK-TD = 2 318- 321= 315 K (7.11)

7.1.5. Temperatura i toplinska svojstva medija za temperiranje

Kod određivanja svojstva medija za temperiranje treba se pretpostaviti temperatura medija za

temperiranje i odrediti njegova fizička svojstva. U ovom radu, kao medij za temperiranje bit

će uzeta voda čija su svojstva napisana u tablici 7.4.

Pri određivanju temperature medija za temperiranje potrebno je pretpostaviti temperaturni

gradijent između stijenke kalupa i medija za temperiranje. Pretpostavljeni temperaturni

gradijentniznosit će ΔTMK= 10 K

Tada temperatura medija za temperiranje iznosi:

TM = TK - ΔTMK = 318-10 = 308 K (7.12)



Tablica 7.4 Karakteristike medija za temperiranje

Gustoća ρm 998 kg/m3

Specifični toplinski kapacitet cm 4180 J/kgK

Toplinska provodnost λm 0,643 W/mK

Dinamička viskoznost µm 881*10-6

m2/s

Toplinska difuznost medija za temperiranje dobiva se pomoću izraza[11]:

71054,14180998

643,0

MM

MM

c

(7.13)

Kinematička viskoznost medija za temperiranje [11]

smM

MM /108276,8

998

10881 276

(7.14)

Prandlova značajka[11]:

7322,51054,1

108276,87

7

M

M

MrP

(7.15)

7.1.6. Proračun toplinske bilance kalupa

Pri proračunu toplinske bilance kalupa potrebno je definirati toplinske tokove kroz kalup

(slika 4.14). Temeljni izraz za proračun toplinske bilance kalupa jest:

0 MOP (7.16)

7.1.6.1. Toplina koju plastomerna taljevina dovede kalupu

Za određivanje količine topline koju plastomerna taljevina preda kalupu, potrebno je

primijeniti jednadžbu [11]:

c

g

Pt

hhm 12 (7.17)

Pritom se treba izračunati razlika specifičnih entalpija [11]:

(h2-h1)=1000· [(a3·TT+b3)-(a2·TPO+b2)] (7.18)



(h2-h1)=1000· [(2,963·523+(-810,37)-(2,088·373+(-410,2)]= 370 655 J/kg

Gdje su: ℎ2 - specifična entalpija pri temperaturi i tlaku prerade (J/kg), ℎ1 - specifična

entalpijapri prosječnoj temperaturi otpreska u trenutku njegovog napuštanja a2, a3, b2, b3-

koeficijenti za izračunavanje razlike entalpija, za PP

Toplina koju plastomerna taljevina dovede kalupu iznosi:

3902,10

37065501073,0

P W

7.1.6.2. Toplina koju kalup razmijeni s okolinom

Za dobivanje iznosa topline koju kalup izmijeni s okolinom prvo je potrebno odrediti

temperaturu vanjske stijenke kalupa. Pri tome je moguće koristiti dvije jednadžbe [11].

TVK = 0,427·TO + 0,823·TM - 68,96 (7.19)

TVK = 0,427·298 + 0,823·308 - 68,96= 312 K

TVK = TO + 0,725·TM - 211,4 (7.20)

TVK = 298 + 0,725·308- 211,4 =310 K

Propisana temperatura okoline iznosi TO = 298 K (25°C).

Za daljnji proračun uzima se veća vrijednost TVK-TO = 312 K

Toplinska prelaznost zračenjem iznosi [11]:

zzz C = 0,35 5.67= 1.98 W/m

(7.21)

gdje su: z - sposobnost zračenja realnog tijela (0,25 za sjajno brušeni čelik, 0,5 za lagano

oksidiranu površinu; odabrano 0,35 [11], zC - zračivost apsolutno crnog tijela.

Toplinska prijelaznost uslijed zračenja i konvekcije iznosi [11]:

98,161598,1 kzst W/m2K (7.22)

Površine kalupa potrebne za toplinski proračun kalupa iznose:

A1=LK HK = 0,296 0,196 = 0,06m2 (7.23)

A2=LK BK = 0,296 0,296= 0,09m2

(7.24)

gdje su: A1- površina bočne plohe kalupa, LK - dužina kalupa, HK - visina kalupa, A2 -

površina donje (gornje) plohe kalupa,BK - širina kalupa.



Korigirana vrijednost koeficijenata toplinske prijelaznosti zračenja i konvekcije iznosi [11]:

45,4298,1606,0

09,006,0

1

21*

ststA

AA W/m

2K (7.25)

Količina topline izmijenjena između kalupa i okoline konvekcijom i zračenjem iznosi [11]:

)(2 *

1 oVKstst TTA 2 0.06 42,45 (310-298)= (7.26)

= 61 W/m2K

Toplinu koju kalup provođenjem izmijeni s nosačima kalupa na ubrizgavalici iznosi [11]:

ΦV =2 ∙ AKS v* (TVK - To) (7.27)

Korigirani faktor proporcionalnosti određuje se preko izraza [11]:

16884,0296,0

296,0296,0*

v

KS

KSKS

vL

LH W/m

2K (7.28)

gdje su: V

* – korigirani faktor proporcionalnosti,

v- faktor proporcionalnosti (84 W/m

2K),

K - duljina stezne ploče kalupa. K - širina stezne ploče kalupa.

Količina topline izmijenjena između kalupa i okoline provođenjem kroz stezne ploče kalupa

iznosi [11]:

ΦV = 2 ∙ AKS v* (TVK - To) =2 ∙ 0,087616∙168 ∙ (310-298) = 353 W/m

2K (7.29)

Toplina koju kalup izmijeni sa okolinom iznosi [11]:

Φo = ΦV + Φst = 353+61 = 414 W ( 7.30)

7.1.7. Dimenzioniranje sustava za temperiranje kalupa

Prvi korak kod dimenzioniranja sustava za temperiranje kalupa je određivanje promjera

kanala za temperiranje.

34,72,14

2,103

ktkt

o

kxn

bd mm (7.31)

Uzeti će se promjer od 8 mm.



Površina kanala za temperiranje računa se:

AKT = dK∙ lK ∙π = 8∙ 1675 ∙ π = 0,04297 m2

Optimalna debljine stijenke kalupne šupljine određuje se prema 4 kriterija Prvi kriterij je

kriterij na temelju dopuštenog smičnog naprezanja materijala kalupnih ploča (τdop =

90N/mm2). [11]

904

8163

4

3

dop

kuk

k

dps

2, 15 mm (7.32)

Drugi kriterij je kriterij na temelju dopuštenog savojnog naprezanja (npr. τdop = 210 N/mm2)

56,22102

816

2

22

dop

kuk

k

dps

mm (7.33)

Treći kriterij se izračunava na temelju toplinskog toga akumulirane topline. Pritom prvo treba

izračunati toplinski tok dovođenja topline [11]:

2,3

655 3700113.012

h

g

pdt

hhm =1308 W (7.34)

Toplinski tok akumulirane topline izračunava se na temelju izraza:

ΦA = ΦPD + ΦO + ΦM =1308-390+90=1008W (7.35)

Za proračun debljine stijenke kalupne šupljine treba pretpostaviti temperaturni gradijent

između temperature stijenke kanala za temperiranje i temperature stijenke kalupne šupljine.

Pri tome ta razlika treba biti što manja (TK - TKT). Uvjet je i da je temperatura stijenke kanala

za temperiranje viša od početne temperature ciklusa injekcijskog prešanja. U ovom slučaju

izabire se vrijednost TKT = 313 K

TKKkkko

cA

kTTclb

tS

(7.36)

kS

57,53133187850602675,10466,0

2,101008

mm

gdje su: ck- specifični toplinski kapacitet materijala kalupnih šupljina (602 J/kgK), k -

gustoća materijala kalupnih šupljina (7850 kg/m3). Specifični toplinski kapacitet materijala

kalupnih šupljina i gustoća materijala kalupnih šupljina se uzima za Četvrti kriterij se računa



na temelju minimalnog i maksimalnog kuta izotermi u kalupnoj ploči- βmin = 25° i - βmax =

40°.

5.0max

min

k

k

o

k dtgn

bS

(7.37)

5.0min

max

k

k

o

k dtgn

bS

(7.38)

gdje je: nk - broj kalupnih šupljina

Skmin = 88,95.08402

6,46

tgmm

Skmax = 98,205.08252

6,46

tg

U ovom slučaju izabire se četvrti kriterij i debljina stijenke kalupne šupljine iznosi Sk =

21mm.

Na kraju potrebno je odrediti i provjeriti progib stijenke kalupne šupljine Poznati su podaci o

vrijednostima modula rastezljivosti i modula smičnosti materijala kalupnih stijenki (čelik) [6]:

modul rastezljivosti materijala kalupnih ploča Er - 210 000 N/mm2

modul smičnosti materijala kalupnih ploča G - 80 000 N/mm2

dopušteni progib stijenke kalupne šupljine fdop - 0,001 mm

GsE

d

s

dpf

Kr

K

K

KK 15.0

32 2

22

max (7.39)

maxf 0000098684,080000

15.0

821000032

8

21

8162

22

mm

Progib je manji od dopuštenog progiba.

7.1.8. Brzina protoka medija za temperiranje [11]

U ovom koraku bit će određena brzina protoka medija za temperiranje, pad tlaka u kanalima

za temperiranje te provjera izbora temperirala. Brzina protoka medija za temperiranje

određuje se preko izraza:



(7.40)

M

75,26

21308318042.024/2

136,39 W/m

2K

gdje su: M - toplinska prijelaznost medija za temperiranje, xs - faktor simetričnosti izmjene,

topline, - toplinska provodnost materijala kalupnih ploča.

Brzina protoka medija za temperiranje određuje se na temelju jednadžbe [11]:

e∙ M

dKT (7.41)

Reynoldsov broj medija za temperiranje moguće je odrediti na temelju jednadžbe[11]:

Re =

75.0

1

67.0

42.0

180

0037.01Pr

k

m

kt

k

M

M

dl

d

(7.42)

75.0

1

67.0

42.0

008,0

626,00037.0

675,1

008,017322,5

39,36Re

P

=1492

(7.43)

Brzina protoka medija za temperiranje iznosi:

16,0008,0

1082726,81492 7

m m/s (7.43)

Za temperiralo kalupa odabrano je temperiralo tvrtke Regloplas oznake P140 slijedećih

karakteristika :



maksimalna temperatura medija za temperiranje 140 °C

raspoloživa snaga pri zagrijavanju 9 kW

raspoloživa snaga pri hlađenju 39 kW

kapacitet pumpe temperirala 45 l/min

maksimalni tlak pumpe temperirala 9 bar

2

008,016,0

2

22

km

t

dq =0,965 l/min (7.44)

Temperaturni gradijent se računa prema izrayu [11]:

7.299316.04174008,0

904422

MMMk

MM

cdT K (7.45)

Kako je temperaturni gradijent medija za temperiranje manji od 10 K, parametri

zadovoljavaju.

Ulazna temperatura medija za temperiranje računa se prema izrazu:

= 308- 2.7/2 =307 K (7.46)

Izlazna temperatura medija za temperiranje računa s prema izrazu:

Δ

= 308+2.7/2 =310

(7.47)

Snagu pumpe moguće je proračunati poznavajući pad tlaka u mediju za temperiranje i

procijenjenom padu tlaka u temperiralu.

Pad tlaka u mediju za temperiranje računa se prema izrazu:2

(

) (7.48)

27785.1008,0

675,10429,0993

2

0162

Kap N/m

2

gdje su:

-otpor tečenja kanala, mP - broj promjena smjera toka medija za temperiranje



Otpor tečenja kanala računa s prema izrazu:

0429,01492

64

Re

64 (7.49)

Pad tlaka u uređaju se procjenjuje na 50 000

Pad tlaka u sustavu iznosi:

277+50000= 50 277 N/m2= (7.50)

Efektivna potrebna snaga pumpe računa se prema izrazu

45,09,04

50323008,016,0

4

22

P

stkM

PE

pdP (7.51)

gdje je: np- faktor iskorištenja pumpe, iznosi 0,9

7.2. Mehanički proračuna kalupa

U okviru mehaničkog proračuna kalupa potrebno je proračunati kinematiku kalupa te odrediti

izmjere i deformacije pojedinih elemenata kalupa koji su mehanički opterećeni.

7.2.1. Proračun kinematike kalupa

Pri proračunu kinematike kalupa potrebno je odrediti hod otvaranja kalupa koji osigurava

nesmetano vađenje otpreska iz kalupa. Pri tome treba voditi računa o maksimalnom razmaku

između steznih ploča ubrizgavalice, kako bi se kalup mogao stegnuti između njih, te otvoriti

za potreban hod. Potrebno je proračunati i hodove elemenata za vađenje otpreska.

Hod otvaranja kalupa određuje se prema jednadžbi [5]:

hOK= hg+hop+hd = 60+12+5 = 77 mm (7.52)

Sljedećim izrazom izračunava se potrebna duljina puta izbacivala otpreska, koja je potrebna

da bi se otpresak sigurno izbacio iz kalupa.



hi=ho+hdi = 60+13 = 73 mm

(7.53)

gdje su: ho - visina otpreska hdi - dopunski (sigurnosni) hod izbacivala

7.2.2. Sila vađenja otpreska iz kalupa

FV=μ·pK·AO = 0,2 ·16 ·2543 = 8,14 kN (7.54)

7.2.3. Proračun krutosti kalupa u smjeru otvaranja

Pri proračunu krutosti kalupa u smjeru otvaranja potrebno je proračunati debljinu temeljne

ploče.

Podaci potrebni za proračun su sljedeći:

duljina temeljne ploče ltp = 296 mm

dopušteni progib temeljne ploče ftp = 0,01 mm

razmak između odstojnih letvi btp = 108 mm¸

(7.55)

Za temeljnu ploču izabrana je standardna ploča visine 36 mm.

96.2921000001.029632

1086,84975

32

53

3

3

3

rtptp

tpd

tpEfl

bFh



8. PRORAČUN NEPOTPUNE CIJENE KOŠTANJA OTPRESKA

8.1. Osnovni podaci

Polimerni materijal otpreska Sabic PP 571 P

Specifčna gustoća - ρ = 1,105 g/cm3

Jedinična cijena osnovnog proizvoda - Com= 15 kn / kg

Količina proizvodnje

Veličina serije - nser= 100 000 komada

Ukupna količina polimernih otpresaka - nuk = 500 000 komada

Ubrizgavalica

Cijena rada sata ubrizgavalice - Cru= 45 kn /h

Cijena radnog sata radnika - Crs= 20 kn /h

Podaci o otpresku

Masa grozda - 22,6 g

Masa otpreska - 12 g

Masa uljevnog sustava - 2 g

Broj kalupnih šupljina - 2

Troškovi probne nulte serije

Veličina probne serije - nserPS = 1000 komada

Broj radnika - nr = 1

Predvidivi dio škarta - Su= 8 %

Pouzdanost postupka - μP = 92 %

Pripremno završno vrijeme - tpz = 2 h

Organizacijski gubici probne serije - Gor = 1,5 h

Troškovi proizvodnje

Broj radnika - nr = 1

Predvidivi dio škarta - Su= 5 %

Pouzdanost postupka - μP = 95 %



Pripremno završno vrijeme - tpz = 2 h

Organizacijski gubici probne serije - Gor = 1,5 h

8.2. Troškovi konstruiranja

Troškove konstruiranja moguće je odrediti na temelju:

broja radnih sati za pojedinu fazu konstruiranja nrki:

broj radnih sati konstruiranja kalupa 25 h

broj radnih sati tehnološke razradbe 30 h

Cijene radnog sata za pojedinu fazu konstruiranja Crki :

cijena radnog sata konstruiranja 150 Kn

cijena radnog sata tehnološke razradbe 120 Kn

ostalih troškova konstruiranja TKONS = 0 Kn

Osnovni trošak konstruiranja iznosi [6]:

KONSrkirkiKON TCnT (8.1)

01203015025 KONT = 7350 kn

8.3. Troškovi izrade kalupa

Podaci o standardnim dijelovima kalupa i njihovim cijenama dani su u tablici 8.1.



Tablica 8.1 Podatci i dijelovima kalupa i njihovim cijenama

Redni

broj

Kataloška oznaka

(HASCO)

Element Komada Cijena/komad Ukupno

1 K10/296x296x27 Nepomična stezna

ploča

1 178,48 178,48

2 K20/296x296x27 Pomična kalupna

ploča

1 208,11 208,11

3 Z00/27/22x35 Vodeći stup 4 15,48 61,92

4 Z31/12x30 Vijak 4 0,52 2,08

5 Z51/18x27/3.5/4

0

Brtveni prsten 1 35,46 35,46

6 Z01/8x40 Vodeći zatik 2 3 6

7 Z81/9/10x1 Priključna nazuvica 8 0,76 6,08

8 K20/296x296x22 Pomična temeljna

ploča

1 142,79 142,79

9 K30/296x296x36 Pomična kalupna

ploča

1 183,31 183.31

10 K40/296x296x56 Odstojna letva 1 96,08 96,08

11 K40/296x296x56 Odstojna letva 1 96,08 96,08

12 K10/296x296x27 Pomična stezna

ploča

1 178,48 178,48

13 Z20/30x100 Centrirna vitka 4 10,68 42,72

14 Z10/22/22 Bushing za vođenje 4 11,71 46,84

15 Z31/12x120 Vijak sa

cilindričnom

glavom

4 2,11 8.44

16 Z81/9/10x1 Priključna nazuvica 8 0.76 6,08

17 K60/296x296x12 Ploča izbacivala 1 74,41 74,41

18 K70/296x296x17 Ploča izbacivala 1 89,06 89,06



Tablica 8.1 Nastavak i kraj

19 Z55/18x3 Podložna pločica 4 1,62 6,48

20 Z31/8x16 Vijak sa

cilindričnom

glavom

4 0,22 0,88

21 Z33/4x8 Vijak sa konusnom

glavom

4 0,25 1

22 Z44/0.9x80 Izbacivalo 8 11,59 92,72

23 Z42/8x100 Izbacivalo 4 3,21 12,84

24 K100/100x8 Prsten za

centriranje

1 21,69 21,69

25 Z 17 / 22/16 Držač vodič 2 58,84 117,68

26 Z 085/50/33/1 Izvlakač 2 147.92 295,84

Ukupna cijena (euri)

Ukupna cijena (kune)

2020.43

1513,23

Nestandardni dijelovi kalupa su:

Umetci na nepomičnoj strani 17,32 x19,584 (5,142 x11,95)

Umetci na nepomičnoj strani 139,716 x 22,561

Slika 8.1 Umetci desno, pomična strana;umetci lijevo nepomična strana



Broj sati pojedine vrste obrade:

tokarenje 10 h

bušenje 12 h

glodanje 40 h

erodiranje 12 h

brušenje okruglo 10 h

brušenje plansko 20 h

toplinska obrada 25 h

ručna obrada 15h

montaža 3 h

Prosječna cijena radnog sata obradbe iznosi Cizi = 150 Kn

Ukupna cijena obradbe kalupa:

Tiz = Σnizi Cizi = 147 150 = 22050 kn (8.2)

Ukupna cijena osnovnog materijala nestandardnih elemenata kalupa

- materijal nestandardnih dijelova kalupa čini čelik Tom = 2500 Kn

Ukupna cijena standardnih elemenata:

- Tsd = 15153,23

Ostali troškovi izradbe kalupa (nepredviđeni troškovi dorade ili ispravljanja pogrešaka

tijekom izradbe kalupa):

TKOS = 3000 kn

U ove troškove se ubrajaju nepredviđeni troškovi dorade ili ispravljanja pogrešaka u izradbi.

Ukupni troškovi izradbe kalupa:

TUK = Tom + Tsd + Tiz + TKOS = 2500+15153,23+22050+3000 = 42703 Kn. (8.3)

8.4. Troškovi održavanja za jedan otpresak

Predviđeni troškovi održavanja kalupa za proizvodnu seriju TserOD = 250 Kn

025,010000

250,

ser

serOD

serODon

TC Kn



(8.4)

8.5. Troškovi probne (nulte) serije

8.5.1. Cijena materijala za probnu seriju

Stvarni jedinični utrošak materijala:

ks

PPusg

n

SmmA

(8.5)

gdje je: Spp- udio materijala uljevnog sustava koji se vraća u proizvodnju probne serije.

3,11

2

026,22

ks

PPusg

n

SmmA g

Stvarni jedinični gubitak materijala zbog škarta

upuo SSmB 1 = 12 0,08 (1-0) = 0,96 g (8.6)

Cijena materijala za jedan otpresak:

BACC ommo 15 10-3

(11,3+0,96) =0,1839 Kn (8.7)

Ukupna cijena materijala za probnu seriju

serPSmomPS nCC 0,1839 1000 = 183,8 Kn (8.8)

8.5.2. Cijena ubrizgavalice za probnu seriju

Trošak ubrizgavalice za jedan otpresak:

45

1000

5,12

92,02

001733,0ru

serPS

orpz

pkš

c

so Cn

Gt

n

tC

0,20 Kn/ otpresku (8.9)

Cijena ubrizgavalice za probnu seriju:

serPSsosPS nCC 0,20 1000 = 200 kuna (8.10)

8.5.3. Cijena rada za probnu seriju

Trošak rada za jedan otpresak:

rrs

pkš

c

ro nCn

tC

18,0120

92,02

001733,0

Kn (8.11)



Ukupni trošak rada za probnu seriju:

serPSrorPS nCC 0,18 1000 = 180 Kn (8.12)

8.5.4. Proizvodna cijena otpresaka probne serije

Ukupna proizvodna cijena jednog otpreska:

rosomooPS CCCC 0,1839+0,20+0,18 =0,5369 Kn (8.13)

Ukupna proizvodna cijena probne serije:

rPSsPSmPSPS CCCC 183,8+200+180 =563 K (8.14)

8.6. Troškovi proizvodnje

8.6.1. Cijena materijal za proizvodnu seriju

3,11

2

026,22

ks

PPusg

n

SmmA

(8.15)

Stvarni jedinični gubitak materijala zbog škarta:

upuo SSmB 1 = 12 0.08 (1-0) = 0,96 g (8.16)

Cijena materijala za proizvodnu seriju za jedan otpresak:

BACC ommo 15 10-3

(11,3+0,96) =0,1839 Kn (8.17)

Ukupna cijena materijala za proizvodnu seriju:

serPSmomSER nCC 0,1839 100000 = 18390 kn (8.18)

8.6.2. Cijena ubrizgavalice za proizvodnu seriju

serPS

orpz

pkš

c

son

Gt

n

tC

45

100000

5,12

92,02

001733,00,044 Kn (8.19)

Cijena ubrizgavalice za proizvodnu seriju:



sersosers nCC , 0.44 100000 = 4400 Kn (8.20)

8.6.3. Cijena rada za proizvodnu seriju

Trošak za jedan otpresak:

12095,02

001733.0

rrs

pkš

c

ro nCn

tC

=0,0018 Kn (8.21)

Ukupni trošak rada za proizvodnu seriju

serroserr nCC , 0,0018 =1824 Kn (8.22)

8.6.4. Proizvodna cijena otpresaka proizvodne serije

Ukupna proizvodna cijena jednog otpreska:

rosomosero CCCC , 0,1839+0,044+0,0018 =0,2297 (8.23)

Ukupna proizvodna cijena serije:

serrserssermserP CCCC ,,,, 18390+4400+1824 = 24614 Kn (8.24)

8.6.5. Prosječna cijena otpreska probne (nulte) i proizvodne serije

Prosječna cijena otpreska probne i proizvodne serije:

sero

ser

o

serPS

serserPS

PRo

C

n

C

n

nnC

,Pr

,

(8.25)

KnC PRo 33,4

2297,0

100000

5369,0

1000

1000001000,



Nepotpuna cijena koštanja otpreska:

12,0500000

33,40025,0427037350,,

oPRserODo

uk

KSUKKON

PRo CCn

TTTC Kn (8.26)



9. ZAKLJUČAK

Injekcijsko prešanje zbog mogućnosti da u jednom komadu proizvede kompleksan proizvod

stavlja se ispred mnogih drugih postupaka izrade proizvoda. Današnje doba postavlja visoke

zahtjeve na brzinu, kvalitetu i ekonomičnost proizvoda.

U ovome radu, pomoću metodičkog konstruiranja kalupa za injekcijsko prešanje plastomera,

konstruiran je kalup za zadani otpresak, te su izvršeni reološki, toplinski i mehanički

proračuni. Na kraju je napravljen proračun za nepotpunu cijenu koštanja zadanog otpreska.

Pri konstruiranju kalupa važno je da se što veći brojdijelova kalupa uzima iz kataloga tvrtki

koje su specijalizirane za proizvodnju kalupa za injekcijsko prešanje jer se time smanjuje

konačna cijena dijelova kalupa. Uz metodički pristup konstruiranju, pomoć računala je

uvelike ubrzala konstrukciju kalupa za injekcijsko prešanje, a alati poput AutoDesk

MoldFlow-a su omogućili i simulacije injekcijskog prešanja te vrlo detaljne analize otpresaka.

Računalni alati omogućuju da se vidi utjecaj promjene parametara prerade na proces

injekcijskog prešanja i kvalitetu otpreska.



10. LITERATURA

[1] Čatić, I. : Proizvodnja polimernih tvorevina, Društvo za plastiku i gumu,Zagreb, 2006.

[2] http://www.toolcraft.co.uk/helpmldgproc.htm, 11.04.2015

[3] Godec, D.: Doktorska disertacija, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 2005.

[4] http://www.custompartnet.com/wu/images/im/injectionMolding_mold_base.png,

11.04.2015

[5] Godec, D.: Magistarski rad, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 2000.

[6] Grgić, B.: Diplomski rad, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 2012

[7] Menges G., Mohren P.: "Spritzgeiß-Wergzeuge, Anleitung zum Bau von Spritzgieß-

Werzeugen", Carl Hanser Verlag, München, 1991.

[8] Rogić A., Čatić I.: "Injekcijsko prešanje polimera", Društvo plastičara i gumaraca,

Zagreb,1996

[9] http://web.mit.edu/2.810/OldFiles/ts_temp/Injection_Molding1.ppt, 12.04.2015

[10] D. Godec, M. Šercer, G. Osrečki: Konstruiranje kalupa za injekcijsko prešanje otpreska

sunutrašnjim navojem, strukovni članak

[11] 7. Čatić, I.: Izmjena topline u kalupima za injekcijsko prešanje plastomera, Društvo

plastičara i gumaraca, Zagreb, 1985.

[12] http://www.sabic.com/corporate/en/productsandservices/plastics/pp-injection-molding-

homopolymers

[13] www.kraussmaffei.com

http://www.toolcraft.co.uk/helpmldgproc.htm

http://www.custompartnet.com/wu/images/im/injectionMolding_mold_base.png

http://web.mit.edu/2.810/OldFiles/ts_temp/Injection_Molding1.ppt

http://www.sabic.com/corporate/en/productsandservices/plastics/pp-injection-molding-homopolymers

http://www.sabic.com/corporate/en/productsandservices/plastics/pp-injection-molding-homopolymers



11. PRILOZI

11.1. CD-R disc

11.2. Radionički crtež maske za mobitel

11.3. Vizualni prikaz kalupa za injekcijsko prešanje zadanog otpreska

11.4. Crtež kalupa



Slika 11.1 Model kalupa 1



SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - COnnecting REpositories · 2017. 12. 1. · METODIČKO KONSTRUIRANJE...

Documents

Transcript of SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - COnnecting REpositories · 2017. 12. 1. · METODIČKO KONSTRUIRANJE...